cos d d d cos cos dt d dt d dt OJNICE sin sin

Transkript

1 OJNICE Převádí posuvný pohyb pístu vyvolaný silami od tlaků plynů a setrvačných posuvných hmot na rotační pohyb klikového hřídele. Základní požadavky na ojnice:. alá hmotnost. Tuhost tvaru oka a hlavy, deformace se přenáší tenkostěnnými ložisky a narušují mazací film (v extrémním případě sevření čepu) 3. Pevnost oka, dříku a hlavy dostatečná bezpečnost v únavě 4. Stabilita sevření hlavy šroubovým spojením KINEATIKA OJNICE Kývavý pohyb d d d d cos cos O dt d dt d cos sin sin sin cos d cos d β α oax oax d o d o d d o sin o 3 dt d dt d sin pro =0, 80. o 0 pro = 90, 70 o 0

2 SILOVÉ ZATÍŽENÍ OJNICE β α Fp S p Fp S p Fo cos sin D Fp p 4 S p m p r cos cos Tah tlak po délce dříku ojnice: axima: Foax tlak je na počátku expanse v HÚ kdy Fp >> Sp Foax tah je HÚ v oblasti plnění kdy Fp << Sp

3 REDUKCE HOTY OJNICE do bodů mop mor mv mo Při náhradě je nutné splnit podmínky zachování hmotnost polohy těžiště shodnosti momentů setrvačnosti k těžišti mop a mor b 0 mop a mor b io mo J o io mop mo l a io mor mo l b io mv mo a b mop a o mv b mor mv 0 io a b J m a b i o o Pokud poloha těžiště ojnice nesplňuje podmínky, Pak musíme počítat s kompenzačním momentem o J o o io b a 3

4 VÝPOČTY OJNICE ) OKO OJNICE Převažuje namáhání tahem od setrvačné síly Sp. Historicky se používalo k výpočtu teorii křivých prutů, nejjednodušší je pak od zatížení osamělou silou P=Sp a) Ohybová napětí rozdělená podle neutrální osy rs b) Tahové napětí v místě vetknutí prutu Sp t c) Napětí od přesahu ložiska h š Složitější způsoby zatížení využívají rovnoměrně rozloženého spojitého zatížení na vrchní polovině oka A kosinusového rozdělení na spodní polovině od síly tlaků plynů Skutečné rozdělení závisí na tuhosti oka a PČ, vůlích mezi čepem a ložiskem oka, na profilu hydrodynamických tlaků v mazací olejové vrstvě. KP řeší otázku: proměnnosti průřezu a způsobu vetknutí (je potřebné řešit celou ojnici nebo do poloviny dříku) rozložení zatížení (interakci PČ a popřípadě i P). q Sp rs š 4

5 ) HLAVA OJNICE Výpočet je komplikovanější, přistupuje navíc předpětí od spojovacích šroubů a kontaktní napětí v dělící rovině umožňující posuv. Dnes výlučně řešíme KP 3) DŘÍK OJNICE Přenáší síly od tlaků plynů, setrvačné síly a příčný moment z kyvu ojnice F Tlak, max. na počátku expanze F Sp p S Tah, v oblasti plnění (HÚ) Sp Z napětí se stanoví amplituda a střední cyklické a napětí a a K c stř Napětí se vloží do Smithova diagramu A vyhodnotí se bezpečnost v únavě A 0 sc 0 0A 5

6 OHYBOVÉ NAÁHÁNÍ DŘÍKU OJNICE od hmotnostních sil vyvolaných příčným zrychlením aoy r y l r aoy r y aoy l r r dmoy o S oy dy dfqy aoy dmoy y dfqy d oy dfqy dy o o Wo l o příčný moment ve směru kyvu 6

7 KONSTRUKCE OJNIC Pro spalovací motory je typická ojnice s dělenou hlavou (kolmo nebo šikmo) Používané tvary ok ojnic 7

8 DĚLENÍ HLAVY OJNIC S ARETACÍ (CENTRÁŽÍ) dutými kolíky kolem šroubů zámkem ozubeným (lichoběžníkovým) profilem lomovou plochou Rozdíl konstrukce hlavy mezi lámanou (nahoře) a dělenou obráběním (dole) 8

9 9

10 TECHNOLOGIE VÝROBY A ATERIÁL OJNIC Většinou zápustkové výkovky s úkosy k dělící rovině. Povrch je zejména v kritických místech (přechody dříku do oka a hlavy) kontrolován na trhlinky (nebo záložky) inkarem, otřepy jsou odstraněny. U vysokootáčkových závodních motorů se přechody leští. ATERIÁL 60, 040, 440, 540, 640 tepelné zpracování (normalizační žíhání na odstranění vnitřních pnutí, zušlechtění (kalení + popouštění)) Ojnice se vyvažují odběrem materiálu na oku a hlavě do váhových skupin (čím přesnější výkovek, tím menší technologické nákovky pro vyvažování) 0

11 KLIKOVÁ HŘÍDEL SÍLY Ft Fro Fo Fr r Ft Fo sin F sin sin Fr F cos sin Fro mr r OENTY užitečný (efektivní) vystupující z motoru, střední hodnota z dílčích pulzujících momentů e m k Pe k Ft r

12 pulzující momenty od proměnných tangenciálních sil Ft kolem střední hodnoty k Rozkmit k na jednotlivých zalomeních

13 Příklad výsledného kroutícího momentu pro šestiválec Pulzující ohybové momenty od radiálních sil (Fr-Fro) omenty vybuzené torsním kmitáním (vibrační složky) 3

14 PRŮBĚHY OHYBOVÝCH OENTŮ V nejjednodušším případě se vyšetřuje jen jedno zalomení staticky určitý případ Fr Fro POZOR: u vidlicových motorů jsou obvykle ojnice vedle sebe Ft lz x ox Fr Fro x xo Fr Fro x lz Fr Fro SCH

15 Skutečný průběh ohybových momentů hřídele uloženého na více podporách se značně odlišuje. Jedná se o staticky neurčité případy, kdy hřídel je zjednodušen na přímý nosník s konstantním momentem setrvačnosti v ohybu (vliv koncentrací napětí je částečně podchycen tvarovými součiniteli), a je uložen zjednodušeně na tuhých podporách, nebo na nestejně pružných podporách. Výsledný moment ve vyšetřovaném místě (střed ramene z-tého zalomení) v určitém časovém okamžiku daném úhlem pootočení klikového hřídele je výsledkem působení spalovacích tlaků a setrvačných sil všech válcových jednotek. Je získán lineární superpozicí podporových momentů a momentů od působících sil s ohledem na nutné vektorové transformace (zalomení nejsou v jedené rovině). Podporové momenty z se získávají: 3-momentovou rovnicí (Clapeyron), 3 podporové momenty, zatížené pole 5-momentovou rovnicí, 5 podporových momentů (3 podpory pružné) zatížená pole 5

16 3-OENTOVÁ (CLAPEYRONOVA) ROVNICE z l z z l z l z z l z 6 Fz t z 6 Fz t z lz l z P 0 z z l l l 0 0 lz lz z z : Pl l l 4 l l 3 Pl 0,09375 Pl 3 6 P P l 4 Fz tz statický moment momentové plochy k ložiskové podpoře 6

17 3-OENTOVÁ (CLAPEYRONOVA) ROVNICE z l z z l z l z z l z 6 Fz t z 6 Fz t z lz l z l l l P 0 0 z z 33 Pl 0, Pl Pl 0, Pl 56 9 Pl 0, 0009 Pl z P lz lz z 0 Fz tz z Pl l l Pl z 0 l l 0 l 8 3 z 0 l l l Pl 8 z 0 l l 0 6 7

18 PŘÍKLAD VÝPOČTU OHYBOVÝCH OENTŮ A REAKCÍ POOCÍ CLAPEYRONOVY ROVNICE Nosník o 3 podporách Nosník o 4 podporach Nosník o 5 podporách 8

19 P l z 5- OENTOVÁ ROVNICE l z lz 5 podporových momentů (3 podpory pružné) zatížená pole l z z z z Rz tz lz z z z z Rz z Rz poddajnost ložiskové podpor y z.poměrná poddajnost z z P yz statický moment momentové plochy k ložiskové podpoře.statická reakce v ložiskové podpoře (za předpokladu, že nosník je přerušen) 9

20 P l0 5- OENTOVÁ ROVNICE - příklad l l3 l l0 l l l l l l 4 8 P R0 R 6 E J,y P R P l3 y F 0 R0 t R poddajnosti ložiskových podpor poměrné poddajnosti l 0, l l 0, 05 l l 0,07 l E J 0 l3 R 0,, 6 E J 6 E J 3 l3 l l l l 6 l l 0 l l 0 l l l l l l 8 l l l l ax...0,5 3 l l 0 l 8 3 l l 0 l ax...0, l 0, 4659 l ax...0,3733 0

21 Řešením rovnic jsou určeny podporové momenty od jednotlivých sil Potřebné poddajnosti ložiskových podpor a tuhost v ohybu klikového hřídele jsou určeny statickým experimentem. Výsledky výpočtů byly porovnány s tenzometrickým měřením napětí v rádiusových přechodech z čepů do ramen provedených v režimu maximálního výkonu u motorů LIAZ 634 a 638

22 VÝPOČTY JENOVITÝCH NAPĚTÍ KH Vyšetřuje se v jednotlivých zalomeních, většinou jen v nejexponovanějším. Ve vybraných průřezech KH určíme rozkmit ohybových a smykových napětí během jednoho cyklu určitého režimu motoru: h d d m h m Střední napětí Amplituda napětí h d a h d a

23 OHYBOVÁ NAPĚTÍ V ROVINĚ ZALOENÍ KH Od radiálních sil určíme příslušné ohybové momenty a z nich napětí: x Wo OHYBOVÁ NAPĚTÍ V ROVINĚ KOLÉ NA ZALOENÍ KH Od tangenciálních sil, ty jsou v blízkosti HÚ malé, extrémy působí v jiné poloze a odlišném čase než výše uvedená ohybová napětí. Účinek obvykle zanedbáme. Tangenciální síla vyvolává v místě III. kroucení ramene, rovněž zanedbáme. SCH

24 SYKOVÁ NAPĚTÍ V ZALOENÍ KH Konstantní kroutící moment přivedený předcházejícími klikami vyvolává napětí v průřezech I a II. V místě III je rameno kroutícím momentem ohýbáno přes kratší hranu, velikost napětí není podstatné Pulzující síla má své maximum asi po HÚ. Extrém smykového napětí nenastává současně s extrémem ohybového. Současně působící složku smykového napětí lze odhadnout přibližně m k Wk pmax D r a 4 Wk kde..0, 0, podle počtu válců.0-40 pa přídavné napětí od torsních kmitů SCH

25 m v každém kontrolovaném průřezu vypočítám a BEZPEČNOST V ÚNAVĚ KH a m a Dále stanovím Schmitův diagram pro ohybová a zvlášť pro smyková napětí a m a 5

26 BEZPEČNOST V ÚNAVĚ KH Vrubová citlivost 6

27 7

28 HLEDISKA PRO KONSTUKCI KH PRO PS Kluzné uložení KH za každým zalomením aximální tuhost v ohybu (min. rozteč válců) i v krutu (překrytí čepů) Dimenze čepů: klikový (0,6-0,7)D, l -řadové (0,35-045) D, l vidlicové (0,6-0,7)D hlavní - (0,7-0,8)D, l - (0,3-044) D, Přechodové rádiusy: plynulé napojení na čep (nebo vyhloubený rádius do čepu) indukční kalení (hl.,5 -,5mm)včetně rádiusů, nebo výběh před r rádiusy se často zpevňují válečkováním (tlakové pnutí) Vývažky: vcelku šroubované u vidlicových motorů a velkých řadových z konstrukčního mat. ATERIÁL A TECHNOLOGIE KH Ocelové výkovky z ušlechtilých ocelí 440(Cr,n) Pt/Kt -900/700 pa, 530(V,o) 000/900 pa pro indukční kalení nebo nitridování, výkovek v jedné rovině (ostřižení, natáčení, normalizace) Odlitky : ocel (dělené a jednotlivá zalomení šroubovaná př. Tatra, Š706) tvárná litina (problém vnitřní pnutí, slévárenské vady, zmetkovitost) lití pomocí ztekucených formovacích směsí (ztracená pěna), volnost konstrukce bez dělící roviny - ve vyhřívané formě se vytvaruje přesně polystyrénový výrobek, potáhne se žáruvzdornou kaší, vysuší se, spojí se s centrálním vtokem a celek se zaformuje do pískové formy. Při lití kovu se rozloží polystyren a místo zaujme kov. 8

29