KINEMATIKA I DINAMIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 57

KINEMATIKA I DINAMIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA PowerPoint PPT Presentation


  • 60 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

KINEMATIKA I DINAMIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA. Osnovne veličine koljenastoga mehanizma.  D. V c. s = 2 r stapaj (hod klipa) r radijus koljena D promjer cilindra Stapajni volumen: Kompresijski volumen: V c Maksimalni volumen: V max = V s + V c Trenutni volumen cilindra:.

Download Presentation

KINEMATIKA I DINAMIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

KINEMATIKA I DINAMIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Osnovne veličine koljenastoga mehanizma

D

Vc

s = 2rstapaj (hod klipa)

rradijus koljena

Dpromjer cilindra

Stapajni volumen:

Kompresijski volumen:Vc

Maksimalni volumen:Vmax = Vs + Vc

Trenutni volumen cilindra:

GMT (gornja mrtva točka)

Vmax

s=2r

VS

DMT (donja mrtva točka)

l

r

2r


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Geometrijski stupanj kompresije:

Izvedeni volumeni:

Stupnjevi kompresije:

Ottovi motori = 6.5 ... 11

Dizelski motori, 2T, sporokretni = 12 ... 14

Dizelski motori, 4T, brzo- i srednjekretni = 15 ... 18

Automobilski brzokretni motori, 4T, IDI = 20 ... 25

Omjer s/ds/d = 1kvadratični motor

s/d < 1podkvadratični motor

s/d > 1nadkvadratični motor


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Brzina vrtnje:n

Vrijeme jednog okretaja:

Srednja brzina klipa (srednja stapna brzina)

cs = 6 ..... 15 m/s (većinom 8 ... 10 m/s)

Kutna brzina:

Vrijeme za prijelaz kuta :

Brzina na koljenu:

Ubrzanje na koljenu:


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

KINEMATIKA KOLJENASTOGA MEHANIZMA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Hod klipa (za e = 0)

xA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Točna jednadžba

Približna jednadžba:

Približna jednadžba


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Brzina klipa

Točna jednadžba

Približna jednadžba


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Ubrzanje klipa

Točna jednadžba

Približna jednadžba


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Harmonijske komponente ubrzanja klipa


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Prikaz harmonijskih komponenti ubrzanja klipa

NAPOMENA:

Ubrzanja su kao vektori prikazana u prostoru kompleksnih brojeva gdje je realna os vertikalna, a imaginarna os horizontalna. Projekcije vektora na realnu os daju trenutnu vrijednost ubrzanja.

Komponenta ubrzanja klipa 1. reda (plava) je u dijagramu uvijek usmjerena u pravcu koljena i vrti se zajedno s njime. Komponenta 2. reda (zelena) vrti se dvostruko brže od koljena. Njihova vektorska suma predstavlja vektor ukupnog ubrzanja (crveno)

Realna os

 - kut koljena

2

Imaginarna os

 = 0

 = /2

 = 

 = 3/2

Prikaz ubrzanja za četiri položaja koljena


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

DINAMIKA KOLJENASTOG MEHANIZMA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Sile u koljenastom mehanizmu (za 1 cilindar)

Inercijska translacijska sila

- sila tlaka plinova (crvena), u smjeru duž osi cilindra,

- inercijska translacijska sila (zelena), u smjeru osi cilindra,

- centrifugalna sila (ljubičasta), uvijek u smjeru koljena.

U točki A grupirane su mase koje izvode translacijsko oscilatorno gibanje.

U točki B grupirane su mase koje se gibaju po kružnici radiusa r.

Amplituda inercijskih (translacijskih i centrifugalnih) sila proporcionalna je kvadratu brzine vrtnje

A

Sila tlaka plinova

l

Centrifugalna sila

B

r

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

D

Sila tlaka plinova

D

p1()

p()

Jednoradni stroj

A

p2()

p0

d

Fpl

A

p0

Dvoradni stroj

l

l

B

B

r

r

O

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Inercijska translacijska sila

Inercijska translacijska sila

Fin,A

A

l

Otvoreno pitanje je što sve čini masu točke A?

B

r

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

  • Masu dijelova koncentriranu u točki A kod klipnog mehanizma čine:

  • Masa klipa (komplet s klipnim prstenima i osovinicom),

  • Reducirana masa ojnice u točki A

A

Stap

Stapajica

  • Masu dijelova koncentriranu u točki A kod stapnog mehanizma čine:

  • Masa stapa (komplet s klipnim prstenima),

  • Masa stapajice,

  • Masa križne glave

  • Reducirana masa ojnice u točki A

Križna glava

A

Ojnica


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Praktične veličine kod ojnica

Ojnice 4T motora

Ojnica velikih 2T motora


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Centrifugalna sila

Centrifugalna sila uvijek djeluje u smjeru koljena u ravnini gibanja koljenastoga mehanizma.

Za konstantnu brzinu vrtnje, njena veličina je konstantna. Ona se tada ne mijenja po veličini već samo po smjeru u kojemu djeluje.

Njena se veličina mijenja proporcionalno kvadratu brzine vrtnje.

A

l

Centrifugalna sila

FR

B

r

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

SILE U KOLJENASTOM MEHANIZMU JEDNOGA CILINDRA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Inercijska translacijska sila

Sile u točki A

U točki A djeluje sila tlaka plinova i inercijska sila translacijskih masa:

Fin,A

A

Fpl

Sila tlaka plinova

l

B

r

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Ukupna sila FA koja djeluje u točki A rastavlja se na silu Foj koja se prenosi duž ojnice i silu FN kojom se klip (ili križna glava) oslanja na kliznu površinu. Pritom se sila trenja zanemaruje.

Ojnica je od neutralnog položaja (položaj mehanizma u GMT) otklonjena za kut .

Sila koja se prenosi duž ojnice je:

Sila kojom se klip oslanja na kliznu stazu je:

A

FN

A

FA

FA

Foj

Foj

l

FN

B

r

O


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Sile u točki B

A

  • Sile koje djeluju u točki B su sljedeće:

  • Sila Foj koja se od točke A prenosi duž ojnice,

  • Centrifugalna sila FR,oj koja djeluje na reduciranoj masi ojnice u točki B i koja ima smjer koljena.

l

FR,oj

B

Foj

O

r

 + 


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

FB – rezultanta sila u točki B (suma sila Foj i FR,oj)

FB,T– tangencijalna komponenta sile FB,

FB,R – radijalna komponenta sile FB

 - kut otklona sile FB od osi ojnice

FR,oj

FB,R

B

FB

r

Foj

FB,T

O

 + 

Moment na koljenastom vratilu:


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Tangencijalna sila na koljenu jednog cilindra brodskog 2T dizelskog motora


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Tangencijalna sila na koljenu jednog cilindra 4T dizelskog motora (Torpedo – KHD)


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

URAVNOTEŽENJE INERCIJSKIH SILA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Inercijske sile djeluju samo na dijelove u gibanju. Njima se ne suprotstavlja nikakva sila u kućištu motora. Zbog toga ove sile nazivamo neuravnoteženima (ili slobodnim silama)

Sile tlaka plinova djeluju na klip i na cilindarsku glavu. Sila s klipa se prenosi na temeljni ležaj, a uravnotežuje je sila koja se s cilindarske glave prenosi kroz kućište motora na nosače ležaja. Na kućištu se samo javlja reakcija na pogonski moment


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Inercijske sile u mehanizmu jednog cilindra

A

Inercijska sila masa u translaciji, FT, stalno se prostire samo duž pravca gibanja točke A. Ona je čas pozitivna, čas negativna i mijenja svoju veličinu s kutom koljena, no stalno djeluje samo duž pravca.

Centrifugalna sila FR djeluje uvijek u smjeru koljena. Ako je brzina vrtnje koljenastoga vratila konstantna, tada je i centrifugalna sila konstantna. Pri svojoj rotaciji, zajedno s koljenom, vrh vektora ove sile opisuje kružnicu u ravnini gibanja mehanizma.

FT

FR

B

O

Ravnina gibanja koljenastoga mehanizma


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

PRIKAZ UKUPNIH INERCIJSKIH SILA ZA 1 CILINDAR

Rezultanta

O

O

O

O

2

Prikaz u polju imaginarnih brojeva, promatra se samo projekcija na (vertikalnu) realnu os

Polarni dijagram inercijskih sila


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

URAVNOTEŽENJE INERCIJSKIH SILA ZA 1 CILINDAR

  • Uravnoteženje 1 protuutegom na koljenu

  • Uravnoteženje parovima protuutega


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Uravnoteženje inercijskih sila rotirajućih masa protuutegom

A

A

l

l

FR

B

r

r

O

rp

mp


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Dodatno uravnoteženje inercijskih sila translacijskih masa protuutegom

A

A

 = 0.3 do 0.5

Neuravnoteženo

Dodatno uravnotežen dio translacijskih sila

Uravnotežene samo centrifugalne sile

FR

l

l

B

r

r

O

rp

mp


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Lancasterovi protuutezi

rp

rp

mp

mp

Parom jednakih protuutega (Lancasterovi protuutezi), koji se vrte u suprotnom smjeru jednakom kutnom brzinom, moguće je dobiti silu čija se vrijednost harmonijski mijenja i djeluje po pravcu, kao rezultantu centrifugalnih sila oba protuutega.


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Lancasterovi protuutezi

Protuutezi I reda

rp,1

rp,1

mp,1

mp,1

Protuutezi II reda

2

2

2

2

mp,2

mp,2

rp,2

rp,2


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Potpuno uravnoteženi koljenasti mehanizam

A

l

A

Proizvoljni položaj koljenastoga mehanizma

B

B

Položaj koljenastoga mehanizma za kut  = 0

r

O

l

l

rp

Protuuteg na koljenu za uravnoteženje centrifugalne sile

mp

mp,1

mp,1

Par protuutega 1. reda za uravnoteženje translacijskih inercijskih sila 1. reda

rp,1

rp,1

mp,1

mp,1

O

rp,1

rp,1

r

rp

mp

mp,2

mp,2

2

2

2

2

Par protuutega 2. reda za uravnoteženje translacijskih inercijskih sila 2. reda

rp,2

rp,2

2

2

mp,2

rp,2

rp,2

mp,2


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

MOTORI S VIŠE CILINDARA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

STANDARDNO OZNAČAVANJE CILINDARA MOTORA (ISO 1205, ISO 2276)

8

7

B6

A6

6

A5

B5

5

B4

A4

4

B3

A3

3

B2

A2

2

Desna strana

1

A1

B1

Lijeva strana

Pogonska strana

Pogonska strana

Lijevi

Desni

Smjer odbrojavanja

Određivanje smjera vrtnje (gledano prema spojci motora)


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

IZNIMNO OZNAČAVANJE CILINDARA VOZILSKIH MOTORA (DIN 73021)

1

2

Smjer odbrojavanja

3

4

5

6

7

8

Pogonska strana

Zbog ovoga je potrebno na početku razgovora s partnerom uskladiti sistem označavanja cilindara, kako bi bili sigurni da razgovaramo o istome cilindru.


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

RAZLOZI IZVEDBE MOTORA S VIŠE CILINDARA

  • Izvedba motora u širokom području snaga, primjenom različitog broja jednakih cilindara,

  • Ujednačavanje izlaznog momenta motora,

  • Unutarnje uravnoteženje inercijskih sila motora


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Koncept raspodjele procesa pojedinih cilindara po periodi procesa jednoga cilindra

A

  • Pretpostavka je da imamo motor u izvedbi s 4 jednaka cilindra, u kojima se odvija jednaki proces.

  • Rasporedom koljena na koljenastom vratilu pokušati će se dobiti ujednačeni moment na spojci motora.

  • Četverotaktni proces koji se odvija u jednom cilindru je pojednostavnjen radi boljega poimanja načina rješavanja problema.

Zbog jednostavnosti izlaganja je pretpostavljeno da dobivamo pogonski moment samo tijekom ekspanzije u cilindru

M

B

Moment

Mmax

O

0

0

360

540

720

180

Kut koljena


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

M

Za 4 cilindra

Mmax

Moment

Za 1 cilindar

Msr

0

0

360

540

720

180

Kut koljena

Pretpostavka: Svi cilindri pale istovremeno

M

M

Za 1 cilindar

Moment

Za 4 cilindra

Mmax

Msr

0

0

0

0

360

360

540

540

720

720

180

180

Kut koljena

Pretpostavka: Po dva cilindra pale istovremeno tijekom svakog okretaja. Obzirom na 4T proces paljenje u jednom cilindru se vrši tek svaki drugi okretaj.


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

M

M

Za 1 cilindar

Moment

Moment

Za 4 cilindra

Mmax = Msr

0

0

0

0

360

360

540

540

720

720

180

180

Kut koljena

Kut koljena

Pretpostavka: Po jedan cilindar pali svako pola okretaja, tj. jednoliko raspoređeno po periodi jednoga procesa

Rezultat: Pogonski moment na spojci je jednolik, a maksimalni moment ne odstupa suviše od srednje vrijednosti momenta

Preporuka: Kut razmaka paljenja među cilindrima treba biti:

gdje je:

 - taktnost procesa ( = 2 ili 4)

z - broj cilindara u redu ili koljena na koljenastom vratilu


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

M

Nm

Promjena momenta na spojci koljenastoga vratila za motor s različitim broj cilindara z (od 1 do 12)

Kut koljena


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Promjena momenta na spojci koljenastoga vratila za različite izvedbe i broj cilindara


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

RASPORED KOLJENA I REDOSLIJED PALJENJA


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

KUT IZMEĐU DVA UZASTOPNA PALJENJA

Već smo imali prilike vidjeti da će rezultirajući ukupni moment na spojci motora biti najravnomjerniji ako su procesi u pojedinim cilindrima jednoliko raspodijeljeni po jednoj periodi procesa.

Kut periode jednoga procesa je:

2  = 360oza dvotaktni proces (2T)

4  = 720oza četverotaktni proces (4T)

Ako uvedemo oznaku za taktnost procesa:

 = 2 ili 4za 2T ili 4T proces

tada je kut periode procesa jednak  

Kut između dva uzastopna paljenja kod motora s z cilindara bi trebao biti:


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Glavni rukavac koljenastoga vratila (mjesto b, moment od cilindra br. 1)

(mjesto c, moment od cil. br. 1+2)

(e, cil. br. 1+2+3+4)

(d, cil. br. 1+2+3)

(f, cil. br. 1+2+3+4+5)

(g, cil. br. 1+2+3+4+5+6)

Moment na koljenastom vratilu na različitim mjestima duž koljenastoga vratila (na različitim glavnim rukavcima)

Max. amplitude momenta (od vrha do vrha)

Zamašnjak i spojka


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

2 cil 60o V

2 cil 90o V

2 cil u liniji

2 cil 45o V

Oznaka

2 cil u liniji

2 cil bokser

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

1 koljeno

1 koljeno

1 koljeno

2 koljena

2 koljena

Izvedba kolj. vratila

2 koljena

Kutovi paljenja

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

velik

velik

velik

velik

velik

velik

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

dobre

dobre

dobre

skromno

prihvatljivo

skromno

prihvatljivo

Dinamičko ponašanje

prihvatljivo

prihvatljivo

prihvatljivo

skromno

prihvatljivo

skromno

Ponašanje

prihvatljivo

prihvatljivo


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

4 cil bokser

4 cil u liniji

4 cil 2x180o V

Oznaka

3 cil u liniji

4 cil u liniji

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

4 koljena

4 koljena

2 koljeno

Izvedba kolj. vratila

4 koljena

3 koljena

Kutovi paljenja

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

umjeren

umjeren

velik

mali

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

dobro

umjeren

dobre

dobre

skromno

dobro

prihvatljivo

Dinamičko ponašanje

srednje

dobro

loše

dobro

prihvatljivo

Ponašanje

srednje

srednje

loše


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

4 cil 90o V

Oznaka

4 cil 2x90o V

4 cil 2x90o V

5 cil u liniji

4 cil 2x90o V

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

2x120o kolj. pod 60o

Izvedba kolj. vratila

5 koljena

2 koljena pod 90o

2 koljena

2 koljena

Kutovi paljenja

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

mali

mali

srednji

umjeren

mali

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

umjereno

umjereno

dobre

dobre

dobre

umjereno

Dinamičko ponašanje

umjereno

umjereno

umjereno

umjereno

Ponašanje

umjereno

umjereno

umjereno

umjereno

umjereno


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Oznaka

6 cil u liniji

6 cil u liniji

6 cil 60o V

6 cil bokser

6 cil 60o V

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

6 kolj pod 120o

2 koljena po 60o

3 kolj pod 120o

Izvedba kolj. vratila

6 koljena po 60o

6 koljena po 120o

Kutovi paljenja

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

velik

srednji

mali

srednji

mali

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

prihvatljivo

umjerene

dobre

umjerene

dobro

umjereno

Dinamičko ponašanje

prihvatljivo

dobro

umjereno

dobro

Ponašanje

umjereno

prihvatljivo

dobro

umjereno

dobro


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Oznaka

7 cil u liniji

8 cil u liniji

6 cil 3x90o V

6 cil 3x120o V

6 cil 3x180o V

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

3 kolj pod 120o

3 koljena

Izvedba kolj. vratila

8 koljena

3 kolj pod 120o

3 kolj pod 120o

Kutovi paljenja

2T

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

srednji

srednji

dobar

velik

velik

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

dobre

dobre

umjereno

umjerene

umjereno

prihvatljivo

prihvatljivo

Dinamičko ponašanje

dobro

prihvatljivo

prihvatljivo

loše

prihvatljivo

Ponašanje

umjereno

prihvatljivo

prihvatljivo


Kinematika i dinamika koljenastoga mehanizma

Oznaka

8 cil 4x90o V

8 cil 60o V

8 cil u liniji

8 cil 4x180o V

8 cil bokser

Zvijezda I reda

Skica kolj. vratila

8 koljena

4 kolj po 90o

4 kolj po 90o

4+4 kolj na 30o

4 kolj po 180o

Izvedba kolj. vratila

duplo paljenje

Kutovi paljenja

Inercijske sile (neuravnot.)

I reda

II reda

Mom. Inerc. sila (neuravn.)

I reda

II reda

Inercijske sile višeg reda i njihovi momenti

Protuutezi: broj

veličina

utrošak rada

velik

srednji

umjeren

srednji

mali

Torzijske vibracije, kritične vrijednosti

prihvatljive

prihvatljive

umjerene

srednje

srednje

Dinamičko ponašanje

prihvatljivo

dobro

dobro

umjereno

prihvatljivo

Ponašanje

prihvatljivo

dobro

prihvatljivo

dobro

prihvatljivo


  • Login