Для чего необходим тепловой зазор: Тепловой зазор клапанов, регулировка

Содержание

Тепловой зазор клапанов, регулировка

Тепловой зазор клапанов — промежуток между торцевой клапанной частью или его толкателем и распредвалом ГРМ или коромыслом. Его наличие является обязательным условием из-за свойства металла расширяться при увеличении температуры.

Оглавление

Что такое тепловой зазор клапанов
Для чего нужна регулировка
Когда нужна регулировка
Как происходит регулировка теплового зазора
Последствия нарушения зазора
Видео «Регулировка теплового зазора в клапанном механизме двигателя»

Обеспечивает правильный режим работы системы газораспределительного устройства. Ниже подробно рассмотрим определение термина, цели, виды и особенности регулировки. Отдельно разберемся с последствиями нарушения зазора.

Что такое тепловой зазор клапанов

Простыми словами, тепловой зазор—расстояние в миллиметрах между клапаном / толкателем и распредвалом ГРМ-механизма.

Необходимо для компенсации расширения металла при повышении температуры, и обеспечивает оптимальную работу силового агрегата. Неисправность фиксируется по внешним признакам (о них ниже) или датчикам, которые передают информацию в ЭБУ и помогают сформировать отчет об ошибке.

Размер теплового зазора указывается производителем в мануале к транспортному средству и может меняться. В среднем этот параметр составляет от 0.1 до 0.4 мм, а при измерении используется шаг в 0.05 мм и меньше. Это делается для соблюдения максимальной точности. Рассматриваемый пробел индивидуален для клапанов впуска и выпуска. Последние греются сильней, поэтому и требуют большего расстояния.

Для чего нужна регулировка

Важно
Задача регулировки клапанов — установка промежутка, который рекомендует производитель. Игнорирование правила приводит к негативным последствиям.

К примеру, отсутствие теплового зазора и плотное прилегание клапана к распредвала становится причиной повышения давления при нагреве.

В результате при достижении оптимальной температуры клапан не выполняет поставленных задач.

Увеличение рабочего расстояния может произойти по причине износа кулачковой части и клапанного привода. В таких обстоятельствах даже при нагреве до рабочей температуры между распределительным валом и клапаном будет зазор. Такая особенность негативно влияет на работу двигателя и срок службы клапанов. Кроме того, клапанный механизм функционирует с запозданием, что ухудшает наполнение двигателя топливом.

Когда нужна регулировка

Периодичность регулировки клапанов двигателя указывается в мануале к транспортному средству. В зависимости от конструкции силового агрегата производитель оговаривает, нужна ли такая работа, и с каким промежутком пробега ее необходимо выполнять. Если речь идет о регулировании винтами, работа осуществляется раз в 10-40 тыс. км. В случае, когда для работы применяются шайбы и толкатели, периодичность увеличивается до 20-100 тыс. км. В среднем процедуру желательно проводить через 50-60 тыс.

км.

Если на машине установлено ГБО, регулирование клапанов лучше проводить чаще. Это связано с тем, что газовое топливо горит с большей температурой и повышает уровень нагрева силового агрегата. Также частоту проверок стоит увеличить при работе силового агрегата в условиях экстремальных температур.

Регулирование зазоров обязательно после покупки б/у автомобиля с пробегом более 50 000 км. В таком случае новый владелец должен убедиться, что мотор находится в нормальном состоянии. После измерения работник СТО принимает решение о необходимости ремонтных работ.

Необходимость регулировки зазоров клапанов можно определить по ряду внешних признаков. К основным стоит отнести:

заметное снижение мощности мотора;
колебания оборотов под нагрузкой и на холостом ходу;
чрезмерное потребление горючего;
характерный металлический стук и иные шумы при работе двигателя.

Указанные выше симптомы свидетельствуют о необходимости дополнительной проверки двигателя и измерения расстояния между основанием клапанов и распредвалом.

Как происходит регулировка теплового зазора

Рассматриваемые работы представляют собой установку зазоров, которые определены заводом-изготовителем. Задача мастера в том, чтобы увеличить или уменьшить текущее расстояние между распредвалом и торцевой частью клапанной ножки (иногда механизмом-толкателем).

В большинстве случаев регулировка тепловых зазоров клапанов проводится на холодном моторе, что обеспечивает большую точность. Изредка производители рекомендуют проводить работу после незначительного нагрева. При выполнении мероприятия необходимо учитывать рекомендации производителей (излагаются в техдокументации).

Регулировка тепловых зазоров бывает нескольких видов:

Автоматическая. Выполняется с помощью гидрокомпенсаторов, которые уже предусмотрены в двигателе. Расстояние регулируется с помощью давления масла, которое меняется с учетом ситуации. При наличии такого устройства можно избежать регулировки. Если гидрокомпенсатор исправен, с зазором можно не заморачиваться.
Винтовая. Считается самым удобным и простым способом регулировки. Для установки оптимального расстояния используются винты, что позволяет обойтись без покупки дополнительного оборудования. Все, что нужно — новые прокладки. В некоторых случаях можно избежать разборки ГБЦ. Сначала мастер ожидает, пока двигатель остынет. После этого устанавливается поршень 4-го цилиндра в ВМТ, когда впускной и выпускной клапан закрыты. На следующем шаге коленчатый вал прокручивается до достижения метки. Далее с помощью щупа на 0.15 мм и ключей на «13» и «17» выставляются зазоры. Изменение последнего осуществляется с помощью регулировочного болта и контрагайки.

С помощью шайб и толкателей. Распространенный метод, требующий высокой квалификации исполнителя. Настройка осуществляется исключительно с шайбой или меняется в комплексе с толкателем. Сложность такой регулировки состоит в необходимости демонтажа толкателя и установки на его места новой детали с иными габаритами. Для решения задачи нужно снять распредвал. Кроме того, не все толкатели могут быть под рукой. Приходится их заказывать и ждать, а сама цена может быть высокой. Что касается подготовки к работе, сначала коленвал прокручивается до совпадения сметкой, после чего подбирается подходящая шайба.

Применение рейки с индикатором. Сегодня метод почти не применяется, но при Советском Союзе пользовался спросом. Его особенность состоит в учете выработки деталей, что позволяет регулировать клапаны на машинах с большим пробегом. Работа начинается с прокручивания коленчатого вала до совпадения меток, фиксации рейки на ГБЦ, креплении индикатора и установки лапки на кулачок. Последний крепится с помощью специального захвата и тянется вверх, а мастер контролирует движение стрелки и по ней определяет необходимость регулирования.

Точный порядок регулировки теплового зазора клапанов расписан в мануале завода-изготовителя. В нем указываются условия проведения работы, требование к оборудованию, последовательность действий и нормы по расстоянию.

Последствия нарушения зазора

Работы по регулированию рабочего промежутка должны проводиться строго с регламентом. Отклонение от правила может привести к последствиям и дорогостоящему ремонту.

К примеру, повышение теплового зазора влечет за собой следующие проблемы:

появление стуков при работе силового агрегата;
нарушение целостности толкателя или клапана;
сбои в работе фаз газораспределения;
повышение скорости просадки клапанов и быстрый износ детали;
увеличение ударной нагрузки и, как следствие, повреждение седла, пружин, толкателей или коромысла.

Бывают ситуации, когда увеличение теплового зазора никак не влияет на эксплуатацию автомобиля и не проявляет себя. Но такое происходит редко, и чаще всего водитель быстро ощущает изменения.

У уменьшения зазора более жесткие последствия:

сбои в работе силового агрегата;
повышение риска повреждения ГБЦ и клапанов;

проблемы со сгоранием топливовоздушной смеси в моторе;
попадание газов высокой температуры в зазор между головкой и клапаном;
риск прогорания седла клапана;
разгерметизация цилиндров;
чрезмерные нагрузки на ремень ГРМ;
ускоренное образование ржавчины и окислительные процессы;
нарушение целостности тарелок и т. д.

Снижение зазора ниже нормы несет больше негативных последствий для мотора. Такой фактор негативно влияет на перекрытие клапанов и работу ДВС на холостом ходу. Если ничего не предпринимать, результатом может быть разрушение и повреждение дорогостоящих узлов, а также капитальный ремонт силового агрегата.

Итог

Регулировка клапанов — комплекс работ, обеспечивающий правильное функционирование силового агрегата.

Отказ от выполнения таких мероприятий влечет за собой негативные последствия, начиная со снижения мощности, заканчивая необходимостью делать капитальный ремонт ДВС. Саму работу лучше доверять профессионалам, которые имеют под рукой подходящий инструмент и выполняют задачу с учетом рекомендации завода-изготовителя.

Регулировка теплового зазора в клапанном механизме двигателя

Тепловой зазор подшипника

Разнообразие подшипников не ограничивается их общей классификацией по типам и размерам. Помимо этого существуют и иные параметры выбора подшипников. Для того, чтобы подшипник работал с максимальными отдачей и ресурсом, необходимо учитывать все тонкости подбора подшипников для определенных условий работы. Многие сталкиваются с понятием «увеличенный радиальный зазор» в подшипнике или «тепловой зазор». Но не все понимают, что это такое и для чего он нужен. Для того, чтобы ответить на этот вопрос, достаточно просто понять, между какими деталями в подшипнике этот зазор существует, и как ведут себя тела качения при тех или иных нагрузках.

Радиальный внутренний зазор в подшипнике – это расстояние, на которое может переместиться одно из колец подшипника относительно другого в радиальном направлении (перпендикулярном оси вращения). Простыми словами это своеобразный радиальный люфт — расстояние между телом качения и дорожкой качения. Он практически не заметен невооруженному глазу, по крайней мере, в подшипниках небольших и средних размеров. Измеряется в микронах.

Если на подшипник действуют повышенные нагрузки, в т.ч. ударные или вибрационные, то шарики или ролики в подшипнике могут деформироваться, что в свою очередь может вызывать повышенное трение и закусывание.

Если в подшипнике возникает высокая рабочая температура, причем важна именно интенсивность роста этой температуры, либо если подшипник охлаждается резко, то металл колец и тел качения может расширяться или сжиматься с разной скоростью. Это также может приводить к повышенному трению в подшипнике и его заклиниванию.

Если подшипник работает с высокой частотой вращения, то это также может приводить к быстрому росту температуры в подшипнике.

Заклинивание подшипника страшно не только для самого подшипника, но и для посадочных мест на валу и в отверстии. Т.к. в случае заклинивания происходит проворачивание подшипника в посадочных местах, и их износ. А это уже приводит к необходимости восстановления вала и/или отверстия в корпусе, либо к даже к более сложному и дорогостоящему ремонту оборудования.

Именно поэтому важно уделять особое внимание такому параметру как радиальный внутренний зазор в подшипнике, который часто называют «тепловым» зазором.

Подшипники с увеличенным радиальным зазором устанавливаются, например, на виброплитах, шпиндельных станках, двигателях, редукторах, печах, и т.д. Т.е. там, где присутствуют повышенные вибрации, высокая скорость, высокие нагрузки, высокая температура.

Увеличенный радиальный зазор в российских подшипниках закодирован в начале обозначения (в префиксе). Например, подшипник с зазором больше нормального по ГОСТ обозначается так: «30-3520». А в европейском стандарте ISO зазор указывается после основного обозначения (в суффиксе – как C3 или C4). Например, импортным аналогом этого же подшипника будет подшипник «22220/C3».

Вот примеры полного обозначения различных подшипников по каталогам основных мировых производителей с зазором C3 (больше нормального):

22220EJW33C3 (TIMKEN), 22205EAW33C3 (SNR), 6208NRC3 (KOYO), 6305LLUC3/5K (NTN), 6205DUC3E (NSK).

Или же обозначения подшипников с зазором С4 (больше чем C3):

NU320EMAC4 (TIMKEN), 22210EAW33C4 (NTN-SNR) ит.д.

Существуют и иные величины зазоров: C2 (меньше, чем C3) и C1 (меньше, чем C2). Но подшипники с таким зазором встречаются очень редко, и обычно они отсутствуют на складах готовой продукции (поставляются специально под заказ). Такой зазор чаще используется в подшипниках высокой точности. Пример обозначения такого подшипника: 23128CKE4C2P55S11 (SNR).

Как правильно выбрать заполнитель зазоров или термопрокладку?

Способность электрического компонента рассеивать тепло напрямую влияет на уровень его производительности и срок службы.

С миниатюризацией компонента рассеивание тепла становится критическим моментом в электронике. Правильный заполнитель зазоров или термопрокладка важны как никогда.

Что такое заполнитель пробелов?

Заполнитель зазоров, как следует из названия, позволяет заполнять существующие зазоры в электронных узлах для увеличения теплоотвода.
‍
Воздух действительно имеет очень низкую теплопроводность (0,025 Вт/м·К), что делает его теплоизолятором. Таким образом, он предотвращает рассеивание тепла и калорий, выделяемых компонентом. Заполнители зазоров имеют различную теплопроводность, которая может варьироваться от нескольких Вт/м·К до нескольких тысяч (на графитовых материалах). Тепловой выигрыш быстро заметен!
‍
Для работы в качестве теплового моста заполнитель зазоров должен быть максимально гибким. Вот почему заполнители зазоров в основном изготавливаются из силикона или полимеров. Преимущество этих материалов в том, что они гибкие, стабильные и способны выдерживать широкий диапазон температур (от -40°C до +150°C, эти материалы также соответствуют требованиям UL9). 4 V-0 сертифицирован по огнестойкости). Недостатком этих полимеров является то, что они плохо проводят тепло. Это объясняет, почему полимер смешивают с металлическими или керамическими микрочастицами при использовании для изготовления заполнителей зазоров. Эти частицы сильно увеличивают теплопроводность полимера. Это могут быть оксид алюминия, нитрид бора, нитрид алюминия, оксид магния или что-то другое.
‍
Затем полученному полимеру придают форму для заполнения зазора. Таким образом, заполнитель зазора может быть в виде твердой термопрокладки (или термоодеяла, или термоинтерфейса) или термопасты. Каждый формат имеет свои преимущества и недостатки. Мы придем к этому.
‍
Большой ассортимент шпаклевок, доступных в Интернете, объясняется тем, что у каждого производителя свой рецепт (точное количество держится в секрете). В результате различные заполнители зазоров имеют очень разные плотности, твердость и электропроводность (и, следовательно, разные цены и качество).

Каково назначение термопрокладки или термоинтерфейса?

Материалы теплового интерфейса устраняют воздушные слои или пузырьки между компонентом и радиатором. Таким образом, материал теплового интерфейса создает тепловой мост, который истощает калории компонента. Затем эти калории рассеиваются радиатором (экструдированным или обработанным радиатором или непосредственно литейным цехом).

Важность терморегулирования в электронике.

В электронике контроль температуры системы является ключевым элементом (как с точки зрения производительности, так и с точки зрения долговечности). Ежедневно нам всем приходится сталкиваться с этими темами: когда мы используем компьютер, игровую приставку или телефон. Перегрев оборудования приводит к немедленному снижению его производительности, а иногда и к риску для его безопасности. С миниатюризацией и все более высокими уровнями производительности электронных компонентов рассеивание тепла становится все более и более важным.
‍
Обычно скорость электронного оборудования по умолчанию удваивается на каждые 10°C повышения температуры перехода (то есть температуры на поверхности компонента). Это измерено в исследовании, проведенном BBC Reserch Wellesley , которое выдвигает на первый план причины отказа в электрических системах.

Отказы, вызванные плохим управлением температурным режимом, составляют большинство случаев.
Также можно заметить, что вибрации составляют 20% отказов. Материалы теплового интерфейса также обладают тем преимуществом, что поглощают вибрации благодаря своему гибкому полимерному составу, что снижает риск механической поломки узлов.

Влияние материалов теплового интерфейса на количество рассеиваемого тепла:

Как показано на этих графиках, даже самые плоские поверхности не обеспечивают идеального контакта (без воздушных карманов). Полный физический контакт необходим для минимизации теплового сопротивления тепловому потоку и обеспечения эффективного отвода тепла. Материалы теплового интерфейса обеспечивают полный контакт между компонентом и радиатором. Это значительно увеличивает количество тепла, которое может быть рассеяно оборудованием.
Влияние материалов теплового интерфейса еще более важно, поскольку рассеиваемая мощность высока.

Как выбрать термопрокладку или материал термоинтерфейса?

Быстрый поиск в Интернете позволяет быстро определить широкий спектр доступных материалов для термоинтерфейса. Так как же выбрать правильный материал для термоинтерфейса?
Чтобы принять решение, нужно будет разобраться с несколькими параметрами.
Чтобы вам помочь, задайте себе следующие вопросы (или позвоните нам, так быстрее 😉 ).

6 вопросов, которые следует задать себе при выборе материала термоинтерфейса:

1) Какой зазор нужно заполнить материалом термоинтерфейса?

Чем большее значение имеет заполняемый зазор (особенно на платах с большими зазорами между верхним и нижним компонентами), тем более толстым и гибким должен быть материал термоинтерфейса.

Большие зазоры между ближайшим к плате компонентом и вышестоящим

В этом случае лучше выбирать очень гибкие материалы термоинтерфейса. Как ультрамягкие материалы термоинтерфейса (в виде термопрокладок с очень мягкой текстурой). Эти термопрокладки могут достигать толщины в несколько миллиметров, сохраняя при этом очень высокую гибкость.
‍
Основным недостатком является теплопроводность, которая не превышает нескольких Вт/м.К (гибкость и толщина в ущерб производительности). могут быть объединены для достижения большей толщины, чем стандартные материалы термоинтерфейса. Преимущество этих термопрокладок заключается в том, что они намного более проводящие (до 10 Вт / м·К). Однако твердость (как следствие, силы сжатия) будет выше, чем у материалов термоинтерфейса типа Ultrasoft.

Небольшие зазоры: чтобы закрыть плоскую поверхность компонента и, например, слегка прикрыть ножки.

В этом случае большинство материалов термоинтерфейса адаптированы, выбор будет осуществляться по другим техническим критериям, таким как твердость или теплопроводность.

2) Какова тепловая мощность, рассеиваемая материалом теплового интерфейса?

В зависимости от сборки и технических характеристик у вас будет больше или меньше места для маневра в плане производительности.

Наиболее эффективными материалами для термоинтерфейса являются термопрокладки из графита или с металлическим наполнителем.

Теплопроводность этих материалов для теплопроводности достигает нескольких тысяч Вт/м.К. Однако недостатком этих материалов для теплового интерфейса является то, что они электропроводны и очень тверды (они менее эффективно компенсируют люфт и вибрации).

Наименее эффективными материалами для теплового интерфейса являются сверхмягкие материалы для теплового интерфейса.

Они очень гибкие, но их теплопроводность ниже. Это можно объяснить тем, что теплопроводность очень часто связана с количеством проводящих частиц, добавленных в термопрокладки. Однако более высокий заряд также напрямую означает более высокую твердость.

3) Планируется ли регулярное техническое обслуживание материала теплового интерфейса?

Техническое обслуживание необходимо учитывать на этапе проектирования. Люди, которые сталкивались с удалением термопасты или удалением следов термопасты с печатной платы, поймут. Существуют «более чистые» альтернативы для манипулирования, такие как материалы теплового интерфейса в виде термопрокладок (или тепловых одеял). Это материалы термоинтерфейса в виде полимерных листов, которые можно разрезать. Эти термопрокладки могут достигать тех же уровней производительности, что и термопасты (до 11 Вт/мК для наиболее распространенных). Твердость «замазочных» термопрокладок тоже очень интересна (очень гладкая/мягкая).

4) Обеспечена ли электрическая изоляция материалом термоинтерфейса?

В большинстве случаев ответ положительный. Материалы теплового интерфейса при сползании могут покрывать ножки компонентов (например, ПЛИС) на печатной плате. В этом случае материал теплового интерфейса должен быть полностью электроизолирующим.

Большинство материалов для термоинтерфейса имеют силиконовую основу, поэтому обладают высокими электрическими изоляционными характеристиками

Это обеспечивает их объемное сопротивление более 10 ¹² Ом-м и напряжением пробоя в несколько тысяч вольт (в зависимости от толщины).

Некоторые термопрокладки или пасты имеют гораздо более высокие металлические заряды.

В этом случае с этими материалами для теплового интерфейса следует обращаться с большей осторожностью, чтобы избежать короткого замыкания (даже несмотря на привлекательную проводимость, будьте осторожны, чтобы не попасть в ловушку).

5) Находится ли материал термоинтерфейса в жестких условиях (специальных, медицинских или военных)?

Материалы термоинтерфейса на основе силикона сопряжены с риском дегазации частиц силикона с течением времени.

Это явление следует учитывать в основном в проектах, в которых материалы теплового интерфейса подвергаются воздействию очень ограниченных сред. Например, материалы теплового интерфейса, устанавливаемые на космическом оборудовании, подвергаются воздействию вакуума. Частицы силикона, которые являются летучими, могут затем выйти из материала теплового интерфейса. Это не только повлияет на его поведение и свойства, но и загрязнит окружающую среду.
Этот тип загрязнения и явления газовыделения также могут вызывать проблемы в оптических приложениях. Например, термоинтерфейс, установленный рядом с объективом, должен быть абсолютно нейтральным, чтобы не загрязнять оптику.
‍
В тех случаях, когда устойчивость к частицам силикона очень низкая или отсутствует, настоятельно рекомендуется использовать материалы для теплового интерфейса. Недостатком удаления силикона из материалов термоинтерфейса является явное увеличение твердости термопрокладки и снижение тепловых характеристик.

6) Какие силы или напряжение болтового соединения действуют на материал теплового интерфейса?

В зависимости от расположения и монтажа материала термоинтерфейса в узле могут быть ограничены усилия зажима.

Более твердый материал термоинтерфейса требует большего усилия зажима. Однако со временем он обеспечит хорошую фиксацию и его установка будет проще. Эти материалы для теплового интерфейса действительно с меньшей вероятностью рвутся, прилипают или деформируются. Технические специалисты это оценят!
‍
Более гибкий материал термоинтерфейса будет легче сжиматься. Эти материалы теплового интерфейса больше компенсируют рельеф на печатной плате, деформируясь вокруг компонентов. Силы сжатия, применяемые в сборке, также ниже. Недостатком является более низкая или отсутствующая упругость (способность возвращаться в исходную форму). Работа с этими материалами для теплового интерфейса также затруднена из-за их более низкой механической прочности. Эти термопрокладки имеют тенденцию рваться или деформироваться во время обращения и установки. Поэтому сборка этих материалов для теплового интерфейса требует большей осторожности. Что касается теплопроводности, «сверхмягкие» материалы для теплового интерфейса имеют более низкую теплопроводность, чтобы отдать предпочтение гибкости материала. Также существуют материалы термоинтерфейса в виде термопрокладок с более высокой теплопроводностью. Их текстура и гибкость близки к термопасте. Проводимость этих термопрокладок может достигать 11 Вт·м·К при твердости в несколько единиц по Шору 00 (очень гибкие). Несмотря на то, что они не такие мягкие, как термопаста, с ними следует обращаться осторожно при нанесении.

Пример применения материала термоинтерфейса:

В одном из проектов нашего заказчика датчик оборудования настраивается перед сборкой. Материал термоинтерфейса, использованный заказчиком, был слишком твердым и, таким образом, воздействовал на датчик во время сборки. Эти силы постоянно разрушали датчик во время сборки. Благодаря использованию более мягкого материала теплового интерфейса и соблюдению времени затяжки (чтобы обеспечить таймер для сжатия материала теплового интерфейса) более слабые силы сжатия больше не разрушали датчик.

Прочитав эти 6 вопросов, вы уже можете понять сложность выбора термоинтерфейса и компромиссы, которые необходимо найти между различными параметрами. Чтобы быть уверенным в том, что вы сделаете лучший выбор производительности/стоимости/задержки, лучшим методом остается помощь специализированной компании. Делаем ли мы это (мы бы предпочли 😉) или другая компания, найдите время, чтобы получить совет. Неправильный выбор может поставить под угрозу жизнеспособность всего вашего электронного проекта.

Как использовать материал термоинтерфейса?

В зависимости от типа выбранного вами материала термоинтерфейса применение будет более или менее одинаковым. Поверхность контакта между материалом термоинтерфейса, радиатором и компонентом должна быть максимальной.

Для материалов теплового интерфейса в виде нарезанного материала теплового интерфейса:

Термопрокладку можно разрезать до того же размера, что и компонент, на который она наносится. Термопрокладка будет слегка натекать на очертания и ножки компонента, чтобы впитать и вытеснить воздух. Наличие силиконового термоинтерфейса между ножками компонента безопасно, поскольку эти материалы являются электрическими изоляторами.
‍
После установки термопрокладки ее необходимо сжать, чтобы вытеснить воздух и, таким образом, быть эффективной. Без минимального сжатия эффективность не гарантируется. Мы рекомендуем 30% компрессию термопрокладок. Несмотря на то, что некоторые термопрокладки могут быть сжаты до 70%, риск механического перенапряжения и, следовательно, поломки или деформации высок. Вот почему при выборе материала термоинтерфейса необходимо учитывать его толщину и твердость.
‍
В случае термопрокладок графитового типа или материала с фазовым переходом (PCM): сборка такая же, с разными усилиями сжатия (или даже отсутствует для графита).

Совет: попросите обрезать материалы для термоинтерфейса.

Материалы термоинтерфейса можно обрезать по размеру, что значительно сэкономит ваше время. Материалы термоинтерфейса, например, нарезанные в наборах, идеально подходят для вашего применения.
Существует несколько инструментов для резки материалов термоинтерфейса:

Стол для резки XY (фиксированный или вибрационный нож):

Этот стол для резки позволяет быстро и точно резать материал термоинтерфейса. Планы резки рисуются, а затем загружаются в машину. COMPELMA предлагает услуги по резке материалов с термоинтерфейсом на своих образцах, а также на коммерческих (Laird, Bergquist и т. д.), которые уже могут быть адаптированы для ваших проектов.

Пресс для резки:

Пресс позволяет резать сразу несколько материалов термоинтерфейса. Необходим инструмент из деревянной сетки. Этот инструмент позволяет резать любой тип материала термоинтерфейса.

Для материалов термоинтерфейса в виде термопасты:

Термальные пасты имеют недостаток, заключающийся в том, что они «более грязные» при нанесении, а их теплопроводность равна теплопроводности. Термопасты поставляются в виде наполненных туб. Необходимо нанести дозу, измеренную в соответствии с поверхностью компонента для покрытия. Будьте осторожны, чтобы не передозировать, термопаста действительно будет естественным образом распространяться как во время сборки, так и во время сжатия радиатора.
‍
В случае замены предыдущую термопасту необходимо удалить пластиковым скребком. Затем остатки следует очистить с помощью растворителя, такого как изопропиловый спирт (или Уайтспирит). Однако будьте осторожны, чтобы не перелить и не использовать слишком много продукта, чтобы не повредить окружающие процессоры, которые могут содержать смолу.

В случае термопасты сборка, по сути, такая же.

Когда заменять материал термоинтерфейса?

Срок службы материала термоинтерфейса зависит от его типа и качества.
Термопаста имеет свойство растекаться по циклам нагрева. Его нужно будет заменить. Визуальный контроль может быть выполнен, чтобы решить, следует ли заменить смазку или нет. Если вокруг компонента есть смазка, вероятно, ее нет (или недостаточно) между радиатором и компонентом. Термопрокладки — отличная альтернатива, позволяющая избежать риска расползания и упростить техническое обслуживание.
‍
Термопасты служат дольше, потому что они не ползут так сильно, как термопасты. Тем не менее термопрокладки остаются наиболее интересными для обслуживания (и для ограничения очистки).

Каковы риски при использовании заполнителя пробелов?

Основной риск, связанный с материалами термоинтерфейса, заключается в их долговечности. Качество выбранного материала термоинтерфейса напрямую влияет на его долговечность. Очень низкокачественные материалы теплового интерфейса имеют тенденцию к затвердеванию, ползучести или даже сильному выделению газа и, таким образом, загрязняют окружающую среду компонента.
‍
Различия в цене материалов термоинтерфейса на рынке можно объяснить качеством и производственными процессами. Некоторые производители восстанавливают несоответствующие обрезки материалов. Это напрямую влияет на качество и срок службы этих новых материалов для термоинтерфейса.
‍
Некоторые материалы термоинтерфейса обладают электропроводностью. Они должны быть установлены с осторожностью, чтобы избежать риска короткого замыкания.
Материалы термоинтерфейса типа термопасты или смазки также трудно обслуживать. Их склонность к расползанию действительно делает обслуживание и чистку утомительными.

На какие 7 важных данных следует обратить внимание при выборе материала термоинтерфейса?

Чтобы помочь вам найти и выбрать лучший термоинтерфейс для вашего электрического проекта: Мы перечислили 7 основных технических данных, которые необходимо проверить при выборе материала термоинтерфейса:

Теплопроводность (независимо от толщины), Вт/м·K:

Теплопроводность материала для теплоизоляции — это первый элемент, на который следует обратить внимание при выборе материала для теплоизоляции. Теплопроводность выражается в Вт/м·К. Физически измеряется 2-мя способами: либо проволокой, либо диском. Контактная поверхность различна, тепловые характеристики также различны. Теплопроводность, измеренная с помощью проволоки, всегда будет лучше, чем с помощью диска. Дисковая мера — это та, которая лучше всего отражает реальность. Это не зависит от толщины.

Удельное тепловое сопротивление (в зависимости от давления и толщины), в Кдюйм²/Вт:

Удельное тепловое сопротивление зависит от использования материала теплопроводящего интерфейса. Сильное сжатие и малая толщина снижают удельное тепловое сопротивление и, следовательно, эффективность теплопередачи.

Толщина заполнителя зазора:

Толщина материала термоинтерфейса позволяет компенсировать разницу в высоте между компонентами печатной платы. Для достижения наилучших тепловых характеристик предпочтительны самые тонкие материалы теплового интерфейса.

Твердость (по Шору 00):

Твердость термоинтерфейса определяет его способность к деформации и необходимые усилия сжатия. Использование на компонентах слишком твердого материала термоинтерфейса может привести к повреждению всего устройства.

Объемное удельное сопротивление заполнителя зазора, Ом.м:

Соответствует электрическому сопротивлению материала термоинтерфейса. То есть его способность избегать коротких замыканий при контакте с токопроводящими частями компонентов.

Напряжение пробоя в В/мм:

Напряжение пробоя – это напряжение, выше которого существует высокий риск возникновения электрической дуги (и, следовательно, короткого замыкания). Это напряжение зависит от толщины. Чем тоньше материал термоинтерфейса, тем выше риск. Напряжение пробоя особенно велико для материалов теплового интерфейса на полимерной основе. Однако будьте осторожны, сжимайте материал термоинтерфейса равномерно, чтобы избежать возникновения электрической дуги в тех местах, где материал термоинтерфейса сжат сильнее.

У вас есть вопросы или вы просто хотите узнать больше о материалах для заполнения зазоров или термоинтерфейсах?

Вы можете связаться с нами (Флориан, Ли или Клеман), используя tchat для живого ответа, или через контактную форму ниже.

Спасибо, что дочитали до конца эту длинную статью, до скорой встречи! ⚡
Клеман для Compelma

Одноразовые гели и прокладки для заполнения зазоров

Анализ терморегулирующих материалов

1 февраля 2021 г.

Поскольку достижения в области электронных продуктов требуют более высокой мощности в меньших корпусах, проблемы, связанные с управлением температурным режимом, становятся все более серьезными. Инженеры-конструкторы обычно используют два основных типа материалов теплового интерфейса — гели (или одноразовые заполнители зазоров) и прокладки для заполнения зазоров для вытеснения воздушных пустот и обеспечения надлежащей теплопередачи. Каждый из них имеет свои преимущества в зависимости от области применения.

Ниже приводится анализ ключевых характеристик производительности и технологичности как традиционных прокладок для зазоров, так и новых достижений в одноразовых гелевых материалах.

Основы теплопередачи

Цель управления температурным режимом в корпусе электроники — эффективный отвод тепла от перехода полупроводника в окружающую среду. Теплопроводные материалы используются для устранения воздушных зазоров или пустот от прилегания шероховатых или неровных сопрягаемых поверхностей. Поскольку материал теплового интерфейса имеет большую теплопроводность, чем воздух, который он заменяет, сопротивление в соединении уменьшается, и температура соединения компонентов будет снижена.

При оценке материалов теплового интерфейса инженеры-конструкторы стремятся определить высокоэффективные продукты, отвечающие требованиям по тепловым характеристикам, дизайну, производству и стоимости, присущим каждому индивидуальному применению. Несколько типов материалов были разработаны в ответ на меняющиеся потребности рынка упаковки электроники в таких приложениях, как телекоммуникационное оборудование, бытовая электроника, автомобильная электроника, светодиоды/освещение, преобразование энергии, силовые полупроводники, настольные компьютеры/ноутбуки и серверы, портативные устройства, модули памяти и гашение вибраций. В этом анализе мы сосредоточимся на прокладках и жидких или гелеобразных материалах.

Прокладки для заполнения зазоров: Основные сведения

Теплопроводящие прокладки для заполнения зазоров обладают превосходными термическими свойствами и высокой прилегаемостью при низких усилиях зажима. Основные характеристики и преимущества:

Высокая прилегаемость
Сверхнизкое усилие отклонения
Поверхность с высокой липкостью для снижения контактного сопротивления
Минимальная нагрузка на компоненты гашение вибрации
Может «покрывать» несколько компонентов

Гели: основы

На этой схеме представлены две контактирующие поверхности и поток тепла через поверхность раздела без (слева) и с нанесенным материалом для теплового интерфейса.

Гели нового поколения представляют собой предварительно отвержденные (в большинстве случаев) однокомпонентные компаунды с высокой конформностью и имеют поперечно-сшитую гелевую структуру, которая обеспечивает долговременную термическую стабильность и надежность. Основные характеристики и преимущества:

Однокомпонентный одноразовый: устраняет необходимость в нескольких размерах/количествах деталей; помощь в автоматизации
Полностью отвержденный: не требует охлаждения; без смешивания или дополнительного отверждения; не оседают при хранении
Высокая пластичность при низком давлении: оказывает минимальное напряжение, что делает его эффективным для хрупких компонентов форму и наносится вручную, чтобы обеспечить тепловые свойства и высокую прилегаемость при низких усилиях зажима.
Как прокладки, так и расходные материалы доказали свою эффективность в качестве средств управления температурным режимом во многих отраслях и областях применения. Несмотря на то, что прокладки имеют более продолжительный опыт работы, недавние достижения в области гелей сократили разрыв в характеристиках, и в некоторых случаях гели превзошли характеристики прокладок. Ниже приведены способы сравнения недавно разработанных гелей с прокладками для зазоров в вопросах, имеющих решающее значение для инженеров-конструкторов:
Рабочие характеристики
Приспособляемость – И гели, и подушечки в определенной степени подходят друг другу, но максимальная конфигурируемость подушечки для зазора меньше, чем у одноразовой подушечки из-за ее твердой структуры.
Скорость потока – Целью разработки гелей является достижение максимальной и наиболее воспроизводимой скорости потока. Клиенты хотят иметь возможность настроить дозирующее оборудование на одинаковую скорость потока от партии к партии, чтобы поддерживать постоянный объем материала и избегать отходов. Новые одноразовые технологии обеспечивают более высокую и воспроизводимую скорость потока, что повышает пропускную способность и снижает количество отходов.
Теплопроводность – Определение количества тепла [Ватт], необходимого для рассеивания, определит характеристики теплопроводности, необходимые для заполнения зазоров в этом приложении. Обычно это рассчитывается и измеряется в ваттах на метр Кельвина или Вт/м-К. Чем выше значение, тем больше тепла теоретически может рассеять материал. И прокладки, и гели способны рассеивать большое количество тепла, обычно от 1 Вт/м-К до 10 Вт/м-К, в зависимости от конкретного используемого продукта.
Подушечки вырезаются из листов различных вариантов материалов-носителей с отрывными вкладышами для обнажения прихваточной поверхности.
Долгосрочная надежность — Хотя эта проблема может быть неизвестной в реальных приложениях из-за новизны усовершенствованных гелей, тщательные испытания на ускоренное старение, тепловой удар и вибрацию показали, что гели способны достигать длительного срока службы. -срочная надежность.
Производство/Сборка/Динамика затрат
Автоматизация – Возможность автоматизации является значительным преимуществом для гелей, поскольку дозирующие системы достаточно универсальны. В то время как размещение прокладок может быть до некоторой степени автоматизировано, оборудование и приспособления, необходимые для этого, как правило, весьма специализированы и не могут быть легко адаптированы от одной работы к другой. Даже если время программирования дозирующего оборудования заложено в стоимость установки, этот процесс может быть рентабельным по сравнению со временем, необходимым для разработки и производства инструментов для нанесения подушечек, и дополнительными усилиями по последующей квалификации процесса нанесения.
Чтобы максимизировать тепловые характеристики, термоматериал должен контактировать со всей целевой областью как на поверхности компонента, так и на поверхности радиатора без захвата воздуха. Для достижения этого критическое значение имеет правильная схема дозирования. Принимая во внимание детали, следующей задачей проектирования процесса является определение схемы распределения материала. Простая точка, подобная первой схеме, обеспечивает адекватное покрытие, кратчайшее время цикла и наименьшую вероятность проникновения воздуха в материал теплового интерфейса. Чем сложнее профиль, тем больше вероятность введения воздуха (например, змеевик и спираль).
Производительность – Скорость производства деталей зависит от области применения, но чтобы проиллюстрировать потенциальное преимущество гелей, мы приведем пример конкретного клиента. Этот конкретный клиент рассматривал возможность перехода с прокладок на гели и провел тест обоих материалов, чтобы оценить разницу в пропускной способности. Их исследование показало, что оператору требовалось 18 секунд, чтобы применить одну прокладку, включая манипуляции с прокладкой, ее правильное размещение и переход к следующему компоненту. Используя необязательный и автоматизированный процесс, те же самые шаги заняли всего четыре секунды.
Аргумент в пользу гелей становится еще более убедительным, если на одной детали имеется несколько точек дозирования. Автоматизированный/роботизированный дозатор может поразить каждое место за один цикл, в то время как при использовании прокладки с зазором оператору пришлось бы наносить прокладку на каждую часть отдельно.
При разработке одноразового материала теплового интерфейса необходимо учитывать несколько соображений при выборе подходящего продукта. Основная цель материала — проводить тепло, но с одноразовым гелем процесс выбора — это нечто большее, чем просто оценка теплопроводности. В этих таблицах представлены различные соображения, связанные с объемом частей, задействованных в приложении. (См. увеличенное изображение.)
Простота применения – При размещении прокладки оператор должен знать ориентацию прокладки. У площадки есть верхняя и нижняя стороны, и во многих случаях есть ориентация влево-вправо и/или вверх-вниз. Ручное применение повышает риск человеческой ошибки. При применении геля дозированный материал просто распределяется в определенном месте.
Precision – Преимущество прокладок для зазоров заключается в том, что их можно вырезать точно по форме детали заказчика, тогда как гель принимает форму, в которой он растекается после сжатия. Конкретное применение будет определять требуемую степень точности, а также определять приемлемость того, выходит ли материал за пределы поверхности, на которую он наносится.
Сложность формы – Форма, в которую распределяется гель, может помочь определить и контролировать простоту изготовления и форму полученного спреда. Например, кукольная форма или форма «Hershey Kiss» является самой простой для дозирования и приводит к округлому поперечному сечению. Х-образная или змеевидная схема дозирования приводит к квадратному поперечному сечению за счет пропускной способности. Очень сложные или тонкие формы не обязательно хорошо подходят для вырубных прокладок для зазоров; расходный материал может лучше достичь этой геометрии.
Стоимость – В широком спектре гелей, как правило, дешевле по объему, если сравнивать их с прокладками для зазоров аналогичного уровня производительности. Опыт многократного применения показывает, что около 5000 деталей в год — это порог, при котором использование гелей и автоматизированной системы дозирования становится более экономичным по сравнению с подушечками, которые наносятся вручную для одного и того же применения. Однако форма и геометрия играют важную роль в этом расчете.
Инвестиции в оборудование для дозирования могут начинаться от 10 000 до 30 000 долларов США для малообъемных настольных устройств, для которых требуется оператор. Повышенная сложность и дополнительные функции, такие как распознавание камеры для контроля качества, увеличивают стоимость оборудования до 80 000–120 000 долларов плюс установка и обучение для полностью автоматизированной системы.
Упаковка – Упаковка геля начинается с 10-кубовых картриджей, которые подходят для ручного дозирования для использования в качестве образцов или для применения в очень малых объемах. Следующий уровень — это различные картриджи с пневматическим дозированием объемом от 30 до 600 куб. Для них требуется простое дозирующее оборудование, которое обычно может включать линию подачи воздуха высокого давления с регулятором и соплом для подсоединения к картриджу. Оператор может дозировать его вручную или может быть какой-то робот-помощник.
THERM-A-GAP ^TM GEL 37 — одноразовый заполнитель термических зазоров, который можно наносить полностью отвержденным в нестандартных геометрических формах в зависимости от области применения.
Самые большие упаковки, поддерживающие самые высокие объемы пропускной способности, представляют собой одно- или пятигаллонные ведра. Для этого требуется пневматический насос для подачи материала во вторичный дозирующий клапан.
Упаковка прокладок так же сложна, как и клиентская часть. Геометрически сложная штампованная подушка требует затрат, связанных с разработкой и изготовлением подкладки такой формы. Тем не менее, есть и другие варианты, если клиент хочет справиться с нарезкой подложки самостоятельно и/или имеет несколько требований к форме с меньшим бюджетом. Например, подушечки доступны в виде листов, которые можно легко разрезать или обрезать перед нанесением.
Дозирование жидкости/геля дает покупателю больший контроль, что часто является преимуществом. Клиенты могут вносить изменения на лету без необходимости изменения чертежа, выполнять проверку первого изделия и выполнять формальные процедуры контроля технических изменений, связанные, например, с изменением конструкции детали.
Заключение
Прокладки для заполнения зазоров долгое время были предпочтительным выбором для многих инженеров-конструкторов, но недавние достижения в области термогелей, которые представляют собой предварительно отвержденные однокомпонентные компаунды с высокой конформностью, могут обеспечить превосходные характеристики, более легкое нанесение. производство и сборка, а также более низкая стоимость в некоторых крупносерийных приложениях; особенно по мере того, как приложения для электронного проектирования становятся меньше, более хрупкими и более сложными.
Непредвзятое отношение к использованию высокоэффективных гелей может окупиться за счет производительности, эффективности производства и экономии средств.
Эта статья была написана Джонатаном Аппертом, инженером по исследованиям и разработке процессов, Parker Chomerics (Woburn, MA). Для получения дополнительной информации посетите здесь .
Темы:
Аэрокосмическая промышленность Процессы проектирования Теплообмен Теплообмен Промышленные средства управления и автоматизация Manufacturing & Prototyping Materials Thermal Management Thermal management Thermal management Thermodynamics Thermodynamics
More From SAE Media Group
Tech Briefs
Aerospace & Defense Tech Briefs
Aerospace & Defense Tech Briefs
Aerospace & Defense Технические обзоры