tm Ob,.. /7. Tlak média na píst

Transkript

1 Základy teorie klikového mechanismu Pohybové pomery v klikovém mechanismu (byly odvozeny v mechanice) 1. Dráha pístu v libovolném míste (obr. 160): x = r[(1 - cosa) :t sin 2a], kde r je polomer kliky, - délka ojnice, spalovacích motoru, do 1/5 u pomalo- J..= rtl, bývá od 1/3,5 urychlobežných bežných kompresoru a cerpadel, a - úhel pootocení kliky. Strední rychlost pístu: e, = 2L. n, kde L = 2r je zdvih pístu (m), 11 - otácky stroje (s - 1). 3. Zrychlení pístu v libovolném bode (obr. 16c): dc d2x o = - = dt dt = r. w2(cosa :t A. cos 2a). Extrémní hodnoty: píst i klika v zadní úvrati zú a = 00, Oh = r. w2( + ),), aj píst i klika v prední úvrati pú Pro nekonecne dlouhou ojnici: a = 1(, ad = r.w2(1 - J.). ao = r. w2. cos a. Silovépomery v klikovém mechanismu (odvození v mechanice) bj.- '".. ;) t.. :J :3 t.. ot.. Oh,.. /6. Schéma klikového mechanismu pro výpocet pohybových pomeru a) urceni dráhy x, b) prubeh teoretické rychlosti pístu Co pro nekonecne dlouhou ojnici a skutecné rychlosti c, c) prubeh teoretického zrychlení pístu (10pro nekonecne dlouhou ojnici a skutecného zrychlení a. zú. pú - zadní a prední úvrat pístu, zú, pú - zadní a prední úvrat kliky Pro nekonecne dlouhou ojnici = 00, A = O: Xo = r(1 - cos a). 2. Rychlost pístu v libo(olném míste (obr. 16b): 1. Vnitrní síla (tlak média) na píst (obr. 17): 1(. D2 F.=- p 4" tm Ob,.. /7. Tlak média na píst 2. Setrvacná síla posuvných hmot (obr. 18): Fs = m,. a, kde ms je hmotnost posuvných hmot, 1;.+.RCJ -i Ohr. /8. Schéma s< _vacných a odstredivých sil v klikovém ms = mp +. ml + mk + mos, mechanismu mp - hmotnost úplného pístu (vcetne pístního cepu a kroužku), ml -:- hmotnost pístní tyce, mk - -hmotnost križáku, l1os- hmotnost posouvající Se cásti ojnice. c = = r. w(sin a :t sin 2a), pro nekonecne dlouhou ojnici:

2 Extrémní hod!}oty jsll v úvratích: Fsm"x = FSh = ms.ah = ms.r.cu2(1+ A), Fsm;o = FSd = ms.ad = ms.r.cu2(1- A). 3. Odstredivá síla rotujících hmot (obr. 18): F c = mc. '. cu2, mc = mr + mor, kde mc je hmotnost rotujících cástí klikového mechanismu, m..1" mr = L - hmotnost zaloinené cásti klikového '. hrídele redukovaná na polomer kliky 1', j - hmotnosti jednotlivých cástí zalomení kliky, rj - polomery težišt jednotlivých cástí zalomení, lor- hmotnost rotujících cástí ojnice, cu = 2n. - úhlová rychlost. Pro rychlobežné spalovací motory bývá mos = 0,3mo,mor = 0,7110, kde moje hmotnost úplné ojnice. 4. Výsledná síla na pist (obr. 19): F = Fj + Fs + mp' g, (clen p. g se uvažuje pouze u stojatých stroju). L. pro }. = 1/5 je tg 13m"x= rj = 0,2, Fom.x = 0,2F, Fomax= F F cos Pm.x = 0,98 == 1,02F. 5. Síly na klice (obr. 19): radiální Fr = Fo. cos (Ci.+ (i), tangenciální Ft = Fo. sin (a + {3). Extrémy: Ftmax = Fomax ==1,02F Frmax = F 6. Vyvažování: pro Ci.+ (3= tn, pro C( = O nebo 1t. Obr. 10. Schéma odstredivých sil vyvažování a) odstredivé síly (obr. 20):. Fc = mc. r. cu2= mcz. z. cu2, mcz = mc. rlz je hmotnost vývažku pro vyváženíodstredivých sil; F" ms.. Obr: 21. Schéma setrvacných sil vyvažování Rozklad sil na pístním cepu: Obr.19. SílyVklikovém mechanismu hú. dú - horní a dolní úvra( kliky normálová síla Ft = F. tg f3 - je zachycena stenou válce, F síla v ojnici Fo = -, cos /3 b) setrvacné síly (obr. 21): setrvacná síla Fs = ms.a = ms.r. cu2(cos Ci.::!: A. cos 2Ci.), odstredivá síla závaží vyvažující setrvacnoll sílu Fs: Fcs = mcz. z. CUl

3 a její složky: horizontální Fesh = m". z. w2. cosex,.. ' ' k 2" vertl a OJ Fesv = msz. z. W. Sn ex. Pri zanedbání setrvacné síly 2. rádu bude: Fs = Fesh, ms. r. w2. cos ex= msz. z. w2. cos ex, kde mszje hmotnost vývažku posuvných hmot. Nevyvážená složka Fesv se u vertikálních stroju zachycuje základovými šrouby. U horizontálních stroju se v praxi vyvažuje jen tms. Tah. 8. Základní druhy pístu Písty /) Písty S príslušenstvím Písty Pracovní prostor pístového stroje je vytvoren válcem, víkem válce a posuvnou prícnou stenou urcitého tvaru - pístem. Na píst tlací u motoru tlak média, píst vykonává posuvný pohyb a prenáší jej na pístní oko ojnice (u zkráceného mechanismu). Základní druhy pístu jsou v tab. 8. Požadavky na píst: a) velká pevnost, u tepelných stroju i za tepla, a odolnost proti korozi, b) dobré l;luzné vlastnosti i pri ztížených mazacích podmínkách a odolnost proti oteru a opotrebení,. c) primerená tvrdost a pritom uspokojivá vrubová houževnatost, d) malá hustota; zejména u rychlobežných stroju lehký píst zmenšuje velikost setrvacných sil se všemi dusledky pro vyvážení, zatížení ložisek, ojnice atd., e) malá tepelná roztažnost (pokud možno stejná nebo menší než roztažnost mate. riálu válce) a dobrá tepelná vodivost (pro zamezení místního prehrátí), D Kotoucový ;! Plunžrový Trubový -t. i aj E r' L- b) Muže být deskový nebo du- Pripojuje se pevne k píst ní ení tý. Pripojuje se pevne k píst- tyci, prochází predním ví. ni tyci. kem s ucpávkou. k ojnici Používá se u velkých dvou. Používá se vetšinou u cerpa- locinných cinných spalovacích moto- del a cástecne u kompresoru >toru a ru; kompresoru a parnich del p ) :stupnovy :rnr.i:\1ní\ píst. Nejcasteji je prípojen k ojnici kyvne, u cerpadel pevne k pístní tyci. Používá se u dvoustupnových kompresoru a di-. [erenciálních cerpadel C 5 6 ci C N '0 ci- onci 'N o 9 ci 4{ C o, C ::; C Q co 'N "". o9-2 ci. ; q fó /, + ci 'N o <::> ci O.D ;L O,85D 14 a) b) c) 1 1 o Obr. 22. Konstrukce trubových pístu a) názvosloví: 1 - drážka pro spodní stírací kroužek, 2 - pojistný kroužek pro díry, 3 drážka pro horní stírací kroužek, 4 - drážky pro tesnicí kroužky. 5 - dno pístu, 6 - žebro, 7 - vzdálenost prvního kroužku od dna, 8 - výška partie kroužku: 9 - délka svršku pístu, 10 - plášt pístu, 11 - délka spodku pístu, 12 - pístní oko, 13 - vzdálenost pístních ok, 14 - délka pístního cepu; b) relativní rozmery pro vznetové motory; c) relativní rozmery pro zážehové motory o'" 'N o.,.., ci

4 :T o O- o.:; "Ọ.., o -. <,<o 'O o()<!!.s L Tab. 9. Materiály pro trubové písty a jejich vlastností " Druh materiálu Litiny Slitiny hliníku tvárná temperovaná A-Sí A-Si šedá perliticko- A-Cu1) A-Cu-Ni-Mg perlitická eutektícká. nadeutátická. ferítícká Oznacení CSN Obsah hlavních prvku 3 až 3,5 % C nepredepisuje se 6až8%Cu 3;75 až 4,5 % Cu 0,8 až 1,3% Cu 1,5 až 2 % Cu 7,5 až 9 % A %Fe 1,75 až 2,25 'Y.,Ni až 2 % Ní 0,5 až %Ni 1,5%Si až 1,75% 'v1g 11.5 až 13 % Si 19,5 až 22 % Sí i 2,5 % Zn 0,9 až 1,3 ";,Mg 10,75 až 1,1 % Mgj Hustota 7,18 7,4 7,06 až 3 2,75 2,7 2,65 (10-3 kg. m-3) Tepelná roztažnost 12 až až ,7 až 13,4! 22,5 20 až 21 [7 až ! (lo-6mm.mm-l.k-l), i Tepelná vodívost 45 až až až (W.m-. K-) Tvrdost HB pri 20 C 180 až až až až až až až pri 300 C 170 až až až až 32 12!..1) Dnes se již pro vysokou krehkost a velkou tepelnou roztažnost užívá co nejméne, a to jen u pístu se šterbinou anebo s invarovou vložkou horcíku Slitiny Mg-A 1, až 121 i ---j--! Pevnost v tahu (MPa), 160 až 230 i pri 20 C min. 200 min. 540 min až až až 200 i pri 300 C min až až až 110 ; 90 až až Modul pružnosti (MPa) až až až S J Kluzné a trecí vlastnosti velmi velmi i velmi dobré dobré dobré db' menší dobré dobré dobré i o re: -t.--- _--Ltnost J Cenovévlastnosti levné levnejší levnejší dražší dražší, dražší dražší drahé!!

5 Dále se kontroluje tlak mezi pístem a válcem: Fnmax'. P = D. Po = 0,15až 0,45MPa. U tepelne namáhaných pístu je nejvíce namáháno dno. Proto je treba prizpusobit tvar pístu ve studeném stavu teplotním pomerum pri provozních podmínkách. Obvykle u vetšiny spalovacích motoru vyhovuje povrch pístu ve tvaru dvou souosých kuželu, protínajících se u drážky stíracího kroužku nad pístním cepem (obr. 24). Aby mel píst za tepla požadovaný kruhový tvar, vyrábí se za normální teploty s oválným tvarem (v dusledku ruzné tepelné roztažnosti pístu v navzájem kolmých rovinách, zpusobené nahromadením materiálu u ok). Místo oválného broušení je možno odfrézovat cásti pístu v okolí ok pístních cepu. s- Pistní cepy jsou normalizovány. Prumcry pístních cepu se urcí z empirických vzorcu podle prumeru válce (obr. 27): pro pomalobežnéspalo\lací motory: d = (0.35až 0,50)D, pro rychlobežné spalovací motory: d = (0,31až 0,41)D. Vnitrní prumer dutého cepu: dl = (0,55až 0,75)d. F- t 't5'1"t:j Obr. 25. Písty zážehových motoru s rozríznutým pláštem Obr. 27. Ná vrh a kontrola pístního cepu nd2 F;n,,, = Pm" je maximální tlaková síla plynu na pist Pistní cep se kontroluje (obr. 27, viz též Stavba a provoz stroju ): a) l1aohyb: (Jo = M Wo o (JDO = 80 až 150až 330MPa (podle materiálu), b) Obr. 26. Písty zážehových motoru se cleny regulujícími roztažení a) píst s okénkem a invarovou vložkou. b) píst se zalítou invarovou vložkou Písty se cleny regulujícímiroztažení.rozríznutí plášte pístu dovoluje menší vule pístu (obr. 25). Písty s invarovou vložkou (obr. 26) mají zalité destickoé regulacní cleny z legované oceli. Pístní cepy Prenášejí tlak plynu ve válci i setrvacné síly pístu na ojnici. Bývají zpravidla duté, z cementacních ocelí 12020, 14220, nebo výjimecne i (úzkoprofilová drahá ocel), nebo z nitridacních ocelí (HRC = 55 až 63). V poslední dobe se však používají casto pístní cepy.indukcne povrchove kalené (12050). Mo = F;;ax. (i - ), = _. d4 - di 10 d ' b) na otlaéení v ojnicním oku: c) na otlacení v okách pístu: Fimax' P = U PO = 30 až 60 MPa, Fimax P2 = (l _ e).d P02 = 20 až 50 MPa. Pístní cep se maže olejem rozstríkaným v klikové skríni otvory v pístních okách nebo tlak?vým olejem privádeným do ojnicního oka vrtanou ojnicí apod. Zpravidla je pístní cep uložeri v okách hliníkového pístu pevne (N6/h4 nebo N7/h6) a v ojnicním oku otocne (E8 nebo D8/h4, E8 nebo D8/h6).' Muže to být i naopak; tzv. plo-

6 vol/cicep se po zahrátí pístu otaél v okách pístu i v ojnicním oku. Proti osovému posunutí se pístnícep pojištuje pojistnými kroužky do der nebo zátkami z plastu. Utesneni pístu - pístní kroužky Nejlépe a nejcasteji se písty utesnují kovovými rozríznutými samocinne pružícími kroužky. Pístní kroužky jsou:, a) tesnící. které zamezují pronikání plynu z pracovního prostoru válce nad pístem do klikové skríne (obr. 28a, b, c), b) stírací. které zamezují pronikání oleje z klikové skríne do pracovního prostoru, ale mají propustit urcité množství oleje nutné k mazání kluzné plochy válcu (obr. 2Sg.h. i). Q, d) D + gjiw t b) h) e) L//1 C) f) i) 6' \, ;r';':f.. \',.,.';;.,..; Ojnice,\,<. ''-".<, \'." Spojuje klik6vý cep s pístním cepem. Skládá,(obr. 34) z dtjku.-dvou ojnicních hlav, klikové a pístní. Hlavy mohou být nedelenzavrené) nebo delpé. \ístní hlava koná prímocarý pohyb, kliková hlava rotacní, ojní jako celel( kon kývavý pohyb. Možnosti usporádání ojnic rychlobežných strojtl'oisouna obr ,ft.. \\ \ " '.';J.. 2 J 4 5 Obr. 34, Ojnice stojatého rychlo bežného kompresoru \, - pístní ojnicní hlava (ojnicní oko), 2 - bronzové pouzdro, 3 - drík, 4 - kliková ojnícní hlava, 5 - pánev (kompozice nebo bronz) '\,\::" " '\. \,., '. \:"!ol,. ',:"- '-"<.;... /.,:. \.,e Ob,..28, Pístni kroužky pe Prolily tcsnicích kroužku: a) válcové, b) zkosené,c) lichobežníkové Spáry (zámky) tesnicích kroužku: d) kolmé, e) šikmé, J) presazené Prolily stí racích kroužku: g) polozkosené, h) osazené, i) s výrezy, j) funkce tesnících kroužku Pistni kroužky se vyrábejí z jemnozrnné speciální šedé litiny. Pro podradnejší úcely se používá i šedá litina tepelne nezpracovaná ( a ). Aby se zkrátil zábeh kroužku, vyvinulo se mnoho zpusobu povrchové úpravy kroužku, jako galvanické pocínování, fosfátování, grafitování atd. Zvlášt vhoné je chromování prvního kroužku, címž lze prodloužit jeho žívotnost trikrát až petkrát pri dvojnásobném prodloužení životnosti ostatních nechromovaných kroužku í válce, snížit spotrebu oleje o 10až 20 % a snížít sklon k zadírání u vzduchem chlazených motoru. V poslední dobe vyrábejí Kovohuty Mokrad též pístní kroužky ze spékané oceli s obsahem 4,7 % CuPb, které mají vyšší odolnost proti oteru a i ostatní mechanické vlastnosti maií leoší než litinové kroužky. Protože se vyrábejí prevážne lisarskou techníkou, jsou tyto kroužky í levnejší. Rozmery kroužku se volí podle CSN (viz ST). Pro návrh slouží VZorce (obr. 2Sa):. t = (1/25 až 1/30)D, v ==(0,6 až 0,8) t. Materiál o) b) c) d) Obr. 35. Druhy ojnic rychlo bežných stroju a) obe hlavy zavrené (napr. u dvoudobých motocyklových motoru), b) pístni hlava zavrená, kliková delená (nejcastejší usporádání), c) jedna z úprav ojnice pro motor s válci do V, nebo i hvezdicový motor, d) rozvidlená klikóvá hlava (pro motory do V) - hlavní ojnice, 2 - vedlejší ojnice a konstrukce Ojnice se vyrábejí nejcasteji zápustkovým kováním nebo. lisováním z oceli. U velkých, pomalobežných stroju mohou být z uhlíkových ocelí (11423, , \ \. \ \

7 11 600), u menších, rychlo bežných stroju z ušlechtilých uhlíkových a legovaných ocelí (12040,12050,13240,14150,14240,15142,15260, 16250,16341,16440), vesmes zušlechtených. U leteckých motoru se používá i kovaných slitin hliníku (dural). Pevnostní výpocet ojnice Krátké ojnice (s trubovými písty), napr. u spalovacích motoru, jsou nejvíce namáhány tlakem plynu v hú (obr. 36a) a na tah setrvacnou silou v hú (obr. 36b). Dlouhé ojnice (u križákových stroju) jsou nejvíce namáhány na vzper v hú pri maximálním tlaku na píst (obr. 36c, d) a u jednocinných stroju na tah setrvacnou silou v hú, u dvoucinných pak tlakem média v dú (obr. 36e). Ojnice rychlobežných stroju je nutno též kontrolovat na ohyb od odstredivé síly v poloze, kdy svírají s klikou pravý úhel (obr. 36/). max F. a) b) Obr. 36. Zatížení ms ojnice a) tlakem plynu ve válci, b) setrvacnou silou na tah, ci, d) tlakem plynu na vzper, e) tlakem plynu na tah (u dvoucinných stroju), J) odstredivou silou na ohyb l. Drík ojnice mívá prurezy podle obr. 37. Štíhlostní pomer A = lo/i, kde 10je redukovaná délka ojnice, v rovine kyvu (obr. 36c) 10 =, v rovine kolmé na rovinu kyvu (obr. 36d) 10= 1/2, i = jj[š - polomer setrvacnosti. a) Pro A < 60 se provádí výpocet na prostý tlak: 1 ad = -- Fam.x S -< a Od==_ ap!, 5 c) F: mox Fimax : ',max du d) e) () b) Pro A = 60 až 105 se ctrík pocítá na vzper podle Tetmajera: F < F S apvz omax= Dvz=.- k. T -,._---_.- Pro }, > 105 se pocítá na vzper podle Elllera: v rovine kyvllojnice (obr.36c): n2. E. J x Famax Fovzx = 2 -, ke.1 v rovine kolmé na rovinu kyvu (obr. 36d): 4n2. E. J y Famax Fovzy =. ke./2 ' kde Jx, Jy jsou kvadratické momenty prurezu k osám x, y, kt, ke - bezpecnost (bývá 6 až 60'podle podmínek). d) Kontrola dríku ojnice na ohyb od odstredivé síly (obr. 36/): Za zjednodušujícího predpokladu dríku konstantního prúrezll bude odstredivá síla na.. klikovém cepu: Fc = S. /. Q. r. w2. y. CQ o «> d x ''Ó;;:' x 8,(") O' bl.c) dl el n Obr. 37. Prurezy ojnicního dríku,- ':,{ ;. Dríky soustružené d) obdélníkový. a frézované: a) kruhový, b) mezíkruhový. c) kruhový frézovaný, Dríky kované, lisované, popr. lité: e) profil J, J) profil H (vhodný pro ojnice s rozvidlenou hlavou) F/3 Obr. 38. Namáhúni ojnice odstredivou silou 2/3 2!JF. ' "- j Približné rozdelení síly podél ojnice je podle trojúhelnika (obr 38). Síla F namáhající ojnici na ohyb a pusobící v težišti trojúhelníka: F=-= FeS.. f2. r. w2 2 2' kde S je prurez dríku ojnice (m2),.- délka ojnice (m), r - polomer kliky (m),. w - Úhlová rychlost kliky (S-), {) - h!1;1()1;]oinice - (kg. m - 3\ " 1

8 Ohybový moment v liovolném míste ojnice: Mox = f.x - FG)2. = f(x - :). Maximum tohoto výrazu najdeme, položíme-li jeho první derivaci rovnou nule: dmox -O, dx 3x2 1 - r = O => Xmax=..fi = 0,5771, F. 3 ( 2 2 Momax = - 3 0,577-0,577 ) = 0,128F. = 0, (2.r. (J), M ()o = CTDo= 50 až 80 MPa pro uhlíkovéocelia 80 až 120 MPa pro slitinové oceli. h 1 _ J-] kde mp je hmotnost pístu (vcetne cepu a kroužku), ab - zrychlen; pístu v horní úvrati. Z pevnostní podmínky: CT.= 2h.. b CTD = 20 až 40 MPa (nízké se zretelem na zanedbaný ohyb) => h,. c) Výpocet tlouštky ojnicního oka h2 v celním prurezu - na ohyb jako nosník na obou koncích vetknutý; potom F d2 M = - d + - o ' ( ) (.d2 M 3Fs. - d + -. CTol/ = = 31 l/ 4b. h CTDo= 60 až 80 MPa, z toho se vypocítá h2. )..q /l.tf - '".'0... b Fs/211!!...=...!! Q;",...,.o q)..., -- J S 1 Obr. 39. Ojnícní oko (zavrená ojnicní hlava) 1 Obr. 40. výpocet ojnicní hlavy Pennovy 2. Ojnicní oko je zavrená ojnicní pístová hlava (obr. 39): a) Šírka oka b se urcí z otlacení od tlaku plynu ve válci: Fimax P = T; PD = 30 až 60 MPa o' => b:(:-o. b) Tlouštka oka h, v prurezu - se vypocte z pevnostní podmínky. v tahu od setrvacné síly posuvných hmot v horní úvrati: FS=mp.ab'. mf' 'í. w1.. (1t-J-) 3. Delená ojní?ní hlava (obr. 40) U navržené hlavy se kontroluje: a) Zeslabený prurez - prechodu.dríku do hlavy.. Setrvacná síla posuvných hmot pístu a približne 3/4 ojnice: Fs = (mp + mo)' ab, kde moje hmotnost ojnice. Zatežující síla jednoho prurezu - Fs/2 se rozkládá do složky normálové ---,, --.._..- -._-

9 Fo = (Fs/2). sin a, která namáhá prurez na tah, a do složky tecné = (Fs/2). cos a, která namáhá prurez na smyk a obvykle se zanedbává. Fo F.. 0",=,.- = -.Slna, S/ 25/ F Fs T = - = -. cosa s F= kde Fs je selrvacná síla posuvných hmot, F c - odstredivá síla rotujících hmot, mov - hmotnost víka ojnicní hlavy. Šrouby se vypocítají jako predepjaté, zatížené míjivou provozní silou (viz ucebnice Stavba a provoz stroju ). (zanedbatelné). Ṉ J" Krome toho vzniká dvojice sil Mol = (Fs/2).a, která namáhá prurez na ohyb: ohybové napetí ve vnejším vlákne 1: Mol 1 0"01 = -. el ( +, ) J/ ve vnitrním vlákne 2: --o 0"02- J/ Mo/ 1 e2 (_ ). '. - --o -""' - Clkové napetí v krajních vláknech: O"el = 0"1+ 0"01 0"0' O"e2= 0",- 0"02 0"0' b) Célní prurez víka ojnicní hlavy - je namáhán na ohyb ja'ko nosník na dvou podperách zatížený spojitým zatížením, které nahradíme dvema osamelými silami Fs/2 (obr.40). Ohybový moment: F ( d) M0/1 = ; "2-4 ' ohybová napetí v krajních vláknech 1 a 2 prurezu - : -. Mo/1 11e 1-::; 0"0' 0"01= J11 -. Mo/1 11e 2-::; 0"0' 0"02= J/1 kde 0"0= 60 až 80 MPa pro uhlíkové oceli,. 0"0 = 80 až 120 MPapro legované oceli. 4. Ojnicní šrouby bývají 2 až 4 a slouží k pripojení víka delené ojnicní hlavy. Vyrábejí se jako pružne poddajné, z materiálu o vysoké pevnosti (obr. 41). Jsou ve spoji utaženy se znacným predpetím a jsou dynamicky namáhány setrvacnými silami posuvných a rotujících hmot:. F = Fs + Fe = (mp +0,3mo)' ah + (0,7mo- = r. (}J2[(mp+ 0,3mo).(1 + A)+ (O,7mo- mov)], mov).r. (}J2= On'. 4/. Ojnicní šroub ':J. " Obr. 42. Ojnice vznelového spalovacího moloru. Príkladvýpoctu.Zkontrolujte namáhání ojnice naftového motoru (obr.42) o výkonu P = 15kW, s prumerem pístu D = 110 mm, max. tlak ve válci Pmax= 7 MPa, otácky n = 25 s-, zdvih 2r = 150 mm a délka ojnice = 300 mm. Materíál ojnice: výkovek z oceli (O"P\'=700 MPa, O"K= 450 MPa, O"e= 230 Mpa). Celková hmotnost ojnice no = 4,5 kg, hmotnost úplného pístu mp = 3,02kg, hmotnost samotného ojnicního víka nov= 1,47kg. Vnitrní síla na píst: rt.d2 rt.(llomm)2 Fim.. = -. Pmax=.7 MPa = N. :.;. 4 4 ", 'Návrh prurezu dríku ojnice (obr. 43): S = ( )mm2 = 564 mm2, Jx = u( )mm4= mm4, J y = u( ) mm4 = mm4. 'Štíhlost ojnice v rovine kyvu: J 564mm2 ix Jx mm J s Ax= - =. - = 300mm. 4 = 19,1< 60, uj N... Obr. 43. Zjednodušený prurez dríku ojnice pro výpocet X 6.

10 kolmo na rovinu kyvu: J s 300mm J 564mm2. ).,y = 2iy 2' J y = mm4 = 19,5< 60. Budeme kontrolovat na prostý tlak: FY";'''''.' N O" = = = 118MPa d S 564mm2, O"Dd==tO"P= t. 700 MPa = 140 MPa > O"d, vyhovuje. Kontrola na ohyb pouze od setrvacných sil, protože maximální tlak na píst nepusobí pres polovinu zdvihu: f.1 o = O,064S. J2. {!. r.w2, w= 2rr:,n = 2rr:.25s-1 = 157s-l, Q = 7, kg. m - 3, Mo = 0, m2. oy m2. 7, kg. m-3. 0,075 m. 1572S-2 = = 47,15 N. m = N. mm, 10 Tlouštka cela ojnicního oka: h2 =JJF," ( - d + ) 4b. O"Do O"Dovolíme 75 MPa, 1= d + hl = 45 mm + 5mm = 50 mm,. r N. ( J45:0)mm h2 = mm. 75 MPa = 6 mm. Výpocet a kontrola ojnicního víka: Setrvacná síla posuvných hmot pístu a cásti ojnice: Fs = (mp +.tmo).r. w2. (1 + A) = = (3,02+ 0,75.4,5) kg. 0,075m. 1572S-2. 1,25= N, M = Fs. _ ) = N ( 90 _ 78 ) ( mm = N mm " i, lx mm4 3 vv" = - e = 21 mm = 6 622mm,. <i1 oj (Jo =w- Mo _ mm3 N. mm = 7,12MPa < O"Do,drík vyhovuje. o Oj rt Šírka ojnicního oka: Po = 30 až 60 MPa, volíme Po = 45 MPa, Obr. 44. Zjednodušený prurez ojnicního víka pro výpocet Obr. 45. Zjednodušený prurez ojnicni hlavy pro výpocet b = Fim.x _ N d.po - 45 mm.45 MPa = 32,9mm ==36mm. Výpocet tlouštky postranice oka: FSh = mp.ah = mp.r.w2(1 + A),. r 75 mm 1.{ = - = = - = mm 4 " FSh= 3,02 kg. 0,075 m. 1572S-2. 1,25 = 6980 N, 0"0. volíme 30 MPa, hl = _ 6980 N 2b. 0" mm. 30 MPa = 3,23mm ==5 mm (z konstrukcních a technologických duvodu). S Návrh prurezu (obr. 44): = ( O.6)mm2 = 870mm2, _ _ 7 2 e2 - mm -, mm, 870 e1 = (16-7,2) mm = 8,8 mm, Jx' =!( ) mm4 = mm4, lx = lx' - S. d = mm4-870 mm2. 7Y mm2 = mm4, J.v,,1= - = = 1952 mm, '. lx 17180mm4 3 el 8,8 mm lx 17180mm4 3 e2 7,2 mm J.v,,2= - = = mm,

11 Mo N. mm <101= - = 3 = 96,5MPa, 1952mm Mo N.mm. <102 == - = 3 = 79MPa mm Protože <10= 80až 120MPa, navrženýprurezvíkavyhovuje. Návrh zeslabenéhoprurezuv prechodudríku do hlavy (obr.45): 5 = ( ) mm2 = 790 mm2, e, = mm = 6,4 mm, e1 = (14-6,4)mm = 7,6 mm, J x' = ( )mm4 = mm4, J x = J x' - 5. d = ( ,42)mm4= 11895mm4, lx 11895mm4 3 Wo = - = = mm, el 7,6 mm lx 11895mm4 3 e2 6,4 mm W02 = - = = 1859mm. Kontrola na ohyb a tah: F Mo = -.:. a, z obr. 45 je a = 400, 2 l ( d ) 90 mm ( 78mm ) a = e2.sina = - + 6,4mm.sin40 = 15,8mm, 14778N. Mo = 2.15,8 mm = N. mm, _ Mo _ N. mm _ 0" MPa ( +, ) 565mm. Mo N. mm <102= - = 3 = 63 MPa mm (-), Fs N. o. <1, = -.cos a = 2.Sn40 = 6 MPa mm O"C= 0",+ <101 (6 + 75)MPa = 81 MPa (+), O"c2= 0",- 0"02= (6-63) MPa = 57 MPa (-). Protože 0"0= 80 až 120MPa, prurez vyhovuje. (+), 11 Kontrola ojnicních šroubu. Podle obr. 42 jsou navrženy 2 pružne poddajné šrouby M 12 x 1,5 s lícovaným osazením 0 13n6 v míste spáry. Sevrená délka = 80 mm,. materiál šroubu BG, pouzdro DA ==1,5d. Setrvacné síly namáhající šrouby: F = Fs + Fc = r. w2[(mp + 0,3mo). (1 + A)+ (0,7mo - mov)]= = 0,075 m. 1572s- 2[(3,02 + 0,3.4,5) kg. 1,25 + (0,7.4,5-1,47)kg] = N, F N F = - = = 5592 N. i 2 Z tabulek a nomogramu v. díle ucebnice je: 80mm síla predpetí Fo = 16kN, silový pomer X pro./d = - = 6,67 je X = 0,32. 12mm (pro poddajný šroub, ocelové pouzdro), únavová pevnost šroubového spoje O"A = 50 MPa. Maximální síla ve šroubu: Fs = Fo + X. F = (16 + 0,32. 5,59)kN = 17,8kN < Fo = 39,1kN. Pri utahování vzniká napetí v tahu: Fo 16000N O" = - = = MPa ' Sv 88,13 mm2,, utahovací moment: Mu = k. Fo. d = 0, Mu < Mo = 97 N. m, napetí v krutu pri utahování: Mu N. mm!k = = 3 3 = 110 MPa, 0,2d3 0,2.10,16 mm redukované napetí: N. 12 mm = N. mm O"red= ) O" + 3! = )181, MPa = 263MPa. Pro materiál'šroubu 8G: <1K= 640 MPa,. <1K 640 MPa bezpecnost proti trvale deformaci: kk ;= - = = 2,43> 1,5, vyhovuje. O",ed 263 MPa Prt?tože je provozní síla míjivá, je nutno kontrolovat výchylka napetí:!j.fs X. F 0, N <1.=-=-= =1015MPa 2Sv 2Sv 2.88,13 mm2 ', ojnici i na únavu:

12 bezpecnost proti úna v0.vému lomu: aa 50 MPa ke = - = = 4,93 > 1,5až 4 vyhovuje. aa 10,15 MPa Navržená ojnice pevnostne vyhovuje Klikové hrídcle Jsou to hrídele se zalomením pro vícevá1cové pístové stroje, zejména spalovací motory, zemedelské stroje a kompresory. Vyrábejí se bud jednodílné, nebo složené z nekolika dílu. Konstrukce klikových hrídelu Cásti klikového hrídele jsou na obr. 46, ruzná usporádání klik a ložisek jsou na obr. 47., 1, 2 f 2 f 2 s klikovým hrídelem, nebo se k rameni pripevní šrouby ci tangenciálními klíny (obr. 48). Delené klikové hrídelese z výrobních a ekonomických duvodu používají u velkýc spalovacích motoru, nebo pri uložení hlavních cepu hrídele ve váleckových ložiskách (obr. 49). Obr. 48. Príklad vývažku a jeho pripojeni k hrídeli Obr. 46. Kovaný klikový hrídel ctyrválcového vznetového motoru Hrídel je uložen za každým zalomením, tedy v peti ložískách. Zalomení klik po hlavní (ožískové) cepy, 2 - klíkové cepy, 3 - ramena, 4 - príruba pro setrvacník 4 aj bj$ c) Y1 4L =W 2,J f 6 d ili J,Jt5r5 Obr. 47. Schéma usporádání klik a ložisek' l) dvouválcový stroj s klikami po 180 uložený ve dvou ložiskách (napr. pro kompresor nebo motocyklový motor), b) dvouválcový stroj s klikami po 180, uložený za každým zalomením (napr. vznetový spalovací motor), c) hrídel pro ctyrýálcový automobilový zážehový motor s klikami po 180, uložený ve trech ložiskách, d) hridel šestiválcového vznctového motoru, kliky po 120, uložení za každým zalomením U rychlo bežných stroju vyvažujemehmotu.zal<:>mení, klikového cepu a rotující cústi ojnice vývažkem, tzv. protizávažím, címž se zmenší ohybová namáhání hrídele a sníží se pocet kmitu hrídele (zvýšením hmotnosti). Vývažek je bud z jednoho kusu Obr. 49. Delené klikové hrídele a) Skládaný J<likový hrídel s dutým klikovým cepem.l:ep hrídele je do ramen nalisován, dutý klikový cep se rozepne na koncích zatlacenými trny. které mají vnitrní závit pro vyjmutí; b) skládaný klikový hridel ctyrválcového vznetového motoru. Jednotlivé dilce jsou spojeny šrou by MQleriÓ.klikovýchhrídelu Pro hrídele stacionárních motoru se používají uhlíkové oceli , , pro více namáhané hrídele ušlechtilé uhlíkové oceli žíhané nebo zušlechtené 12040, 12050, Pro velmi namáhané a rychlo bežné klikové hrídele, kde se požaduje

13 'ti" ',.. 13 malá hmotnost (automobily, letadla), se používají zušlechtené legované oceli, napr. 14 SO, , S 260, 162S0, 16440, u kterých lze též cepy povrchove kalit, nebo 15230, , které lze též nitridovat. Klikové hrídele jako tvarované soucásti dynamicky namáhané je nutno kontrolovat na únavovou a tvarovou pevnost. Technologický vývoj slévárenství umožnil použití litých klikov}'ch hrídelu. Vhodným tvarem ramen a úpravou prechodu cepu do ramen lze podstatne zvýšit tvarovou pevnost klikového hrídele (obr. 50). Litina má krome toho mnohem menší vrubovou citlivost než ocel. Polotovar (odlitek) je až o 2/3 lehcí než výkovek, výroba je rychlejší, výrobní cena nižší, obrábení litých klikových hríclell'je minimální.jako materiál se používá šedá litina S, legovaná, tvárná nebo ockovaná litina, popr. i ocel na odlitky (obr. 51). Dimenzování klikových hrídelu Provádí se predbežne podle empirických vzorcu (tab. 11) a potom se kontroluje podle pevnostních podmínek v prurezech podle tab. 11. Obr. 51. Klikový hrídellitý podle slévilrenských zilsad,-/=:t 45 MPo 1(;*-:t 85 MPo TC* = :t 120 MPo Mazání klikových hrídeh't -s. -a:. a) b) c) U pomalobežných stroju se klikový cep klikového hrídele maže mazacím kotoucem na rameni kliky. U rychlo bežných strojl' se již používá vetšinou tlakové mazání Tab.. Hlavní rozmery klíkových hrídelu (pro predbcžný návrh) TC. = :t 140 MPo 7":* -:!: 150 MPa c. Tt = :t 160 MPa h b d) e) f) g) Ob!..50. Ruznil provedení klikových hrídelu a jejich meze únavy ve stridavém krul\l (pro menší hrídele) (J) až ;) kované z uhlíkové oceli o pevností O'Pt= 650 MPa, j) odlité z litíny konstrukcní provedení: a) plné cepy, b) duté cepy, c) šírší rameno, d) vrtání zúženo, e) širší rameno, f) oviilné rameno, g) rameno s odlehcovacím vrubem, h) rameno, vybráním, i) litý hrídel Empirické vztahy (D = prumer pístu, Pm.. = maximálni tlak na píst) Druh Klíkový cep Ložiskový cep stroje d, d2 v ložisk Tlak u V)'škaramen Sírka ram<, 12 h b p(mpa) J Zážehové, (0,45 až 0,6) D (0,5 až 0,65) D spalovací motory 0.45d, (0,5 až 0,6) D (1,5až 1,6)d, (0,55 až 0,65) D 6 až 10 i ' Vznctové (0,6 až 0,7)D (0,65 až 0,75) D 12 až 15 spalovací motory O,45d, (0.45 až 0,7) D (0.55 až 0,65) O (1,6 až 1,7)d, i Parní stroje, 0,130. J'm.. 0.J4D. J'm" kompresory ( až 1,2)d, ( až 1,2)d2 4 až 6 (0.5až 0,7)d,, ; 1,25d, Cerpadla O.l6D. Jr.:: 0,170. JPm.. 1,3d, O,6d, 1,25d (1.3 až 1.4)d2 2 až 5 i '---_..._-- " h._!

14 _,4,\- (obr. 52). Olejové cerpadlo, nejcasteji zubové, vhání olej pod tlakem 0,05 až 0,3 MPa na všechna mazaná místa stroje. J Obr. 52. Tlakové mazání klikov)'ch hrídelu 1 - kruhový kanál v ložiskové pánvi, 2 - kanál v ojnicní pimvi, 3 - zátky Provozili, v}:tobní a kontro/llí ásady Pro klidný beh motoru se hrídele dynamicky vyvažují. otrebné zmeny hmotnosti protizávaží se dosáhne odvtáním, odbroušením, navarením atd. Výkovek klikového hrídele muže mít povrchové trhlinky nebo jiné vady maximálne do poloviny prídavku na obrábení. Podle dohody bývá s hrídelem dodávána tato dokumentace: hutní atest O mechanických zkouškách, chemické složení a císlo tavby, výsledek elektromagnetické zkoušky na trhlinky, popr. s podrobným po;.isem vad, fotografie metalo grafického výbrusu, dostatecne zvetšená. Pri montáži se mllsí kontrolovat presná souosost ložisek hrídele motoru a hnanéh.o stroje. Dále je treba kontrolovat rozevírání nebo svírání ramen, kt 'ré nesmí být vctší než 0,02 až 0,04 mm.