TOPLINSKI STROJEVI I. Volumetrijski strojevi

Transcript

1 Sveučlšte u Rjec ehnčk fakultet OPLINSKI SROJEVI I Volumetrjsk strojev Vladmr Medca (odloge za studente) 006.

2 II PREDGOVOR Ovaj je radn materjal nastao kao odloga za kolegj olnsk strojev I na stručnom studju strojarstva tjekom 990. godne. ekst u ovome oblku je rremljen samo kao odloga za studente kako b m se olakšalo raćenje nastave rrema za st. Ovaj će tekst bt još reravljen usklađen s osegom redavanja za otrebe novoga studja usklađenog s Bolonjskm rocesom. ekst je rremljen rema odlogama u knjz Dubbel: aschenbuch fuer Maschnenbau, 4. Auflage. Uz revedene djelove dodan su nov tekstov. Molm čtatelje da m naznače moguće greške u tekstu, kojh sgurno ma u ovakvoj radnoj verzj. Zahvaljujem se unarjed na blo kojoj vrst omoć sugestja. Prof. dr. sc. Vladmr Medca, dl. ng. Rjeka, 006.

3 SADRŽAJ III OPLINSKI SROJEVI. Izvor energje.. Prmarne energje.. Prrema rmarnh nosoca energje..3 Pretvorba rmarne energje u korsnu energju 3..4 Kogeneracja 3..5 Pohranjvanje energje 3. Osnove tolnskh strojeva 4.. Vanjsk rad 4 KLIPNI SROJEVI 7. Oć rnc 7. Kln strojev 9.. Radn roces 9.3 Osnove roračuna.4 Konstrukcjske zvedbe 9.4. Izvedbe stroja 9.4. Element koljenastoga mehanzma.4.3 Neokretn djelov stroja 6.5 Hlađenje odmazvanje 9.5. Hlađenje 9.5. Podmazvanje 30.6 Koljenast mehanzam 3.6. Knematka koljenastoga mehanzma Hod kla Brzna kla Ubrzanje kla Dnamka koljenastoga mehanzma Sle tlaka radnoga medja Inercjske sle Ukune rezultrajuće sle Sle u djelovma mehanzma Uravnotežvanje nercjskh sla koljenastog mehanzma Uravnoteženje Lancasterovm rotuutezma 46.7 Dnamka klnh strojeva Djagram tangencjalnh sla za všeclndrčn stroj Inercjalne sle njhov moment Strojev s rasoredom clndara u lnjskoj zvedb Strojev s rasoredom clndara u V zvedb Boxer zvedba stroja 60.8 orzjske vbracje 6.8. Moment nercje masa 6.8. orzjska krutost Jednadžbe gbanja Vlastte vbracje Pobudn moment kod klnh strojeva Posebn slučajev obude torzjskh sustava Prnudne vbracje r harmonjskoj obud Prnudne vbracje vbrozolacja 77.9 Proračun zamašnjaka 79

4 3 KOMPRESORI Načn rada komresora, vrste rmjena Jednosteena komresja lakov temerature Štetn rostor Volumen mase Volumetrjsk stuanj djelovanja Radn roces Snage stunjev djelovanja Komresja u vše stunjeva lakov temerature Kaactet snaga Izvedbe komresora Osnove konstrukcje Razdoba stunjeva Konstrukcja ogonske karakterstke Konstrukcja Pogonske karakterstke 3.6 Uravljanje komresora (ventl) Izvedbe načn djelovanja Proračun ventla Ugradnja ventla 3.7 Regulacja komresora Regulacja u dvje točke Kontnurana regulacja Izveden komresor Posebne zvedbe komresora Rotacjsk krln komresor Vjčan komresor Suh komresor Komresor za najvše tlakove 40 4 MOORI S UNUARNJIM IZGARANJEM 4 4. Podjela rmjena motora s unutarnjm zgaranjem 4 4. Načn rada radn roces Načn rada Usoredn teorjsk roces Realn radn roces Izmjena radnog medja Značajke zmjene radnog medja Orema za uravljanje zmjenom radnog medja Izmjena radnog medja kod četverotaktnoga motora Izmjena radnog medja kod dvotaktnoga motora Prednabjanje motora Izgaranje u motoru Gorva za motore Stvaranje gorve smjese zgaranje kod Ottovog motora Stvaranje gorve smjese zgaranje kod dzelskh motora Stvaranje gorve smjese zgaranje kod hbrdnh motora Uređaj za stvaranje gorve smjese ualjvanje kod Otto motora Raslnjač Ubrzgavanje benzna Orema za aljenje gorve smjese Uređaj za stvaranje aljenje gorve smjese kod dzelskh motora Sustav ubrzgavanja gorva Vsokotlačna uma za ubrzgavanje gorva 93 IV

5 4.6.3 Ventl za ubrzgavanje gorva (Rasrskač) Orema za start olakšanje aljenja Pogonske karakterstke arametr motora Snaga, moment otrošnja gorva Karakterstke Ekološke karakterstke motora Motor s unutarnjm zgaranjem kao ogonsk stroj Konstrukcja motora Zakon slčnost narezanja ov motora s unutarnjm zgaranjem Djelov motora Izvedbe motora 4.9 Strlng motor 7 V

6 Uvod OPLINSKI SROJEVI. IZVORI ENERGIJE.. Prmarne energje Foslna recentna gorva U ova gorva ubrajamo ugljene vegetacjsk gorv materjal (drveće, travu td). Sa starošću gorva smanjuje se sadržaj vodka tekuć sastojc gorva. U ta gorva sadaju kamen ugljen, mrk ugljen, lgnt, drvo td. Do ugljena dolazmo rudarenjem. ermoelektrane koje rade sa ugljenom oko 00 uta vše ekološk oterećuju okolnu od nuklearnh elektrana ste snage. ekuća gorva Nazvamo h srovom naftom l zemnm uljem. Sadrže sojeve ugljkovodka uz male udjele sumora, vanadja, natrja drugh metala. Krut ostatak zgaranja (eeo) je neznatan. Glavn djelov gorva su razlčt ugljkovodc, kao arafn, aromat, olefn td. Naftu crmo z odzemlja l odmorja, z uljnh škrljaca jeska. Iz uljnh škrljaca jeska nafta se dobva ekstrakcjom slnjavanjem na temeraturama od 500 C. Zemn ln Nastanak zemnog lna je ovezan s nastankom nafte. On se nalaz blo u slojevma znad sloja nafte l je otoljen u njoj. Pln je občno od tlakom, a se do njega dolaz sondranjem. Uglavnom sadrž metan, etan, roan, butan, dušk, ugljčn doksd razne sojeve sumora nr. H S. Prmjena zemnog lna je od velkog značaja za rmjenu u termoelektranama oćento, zbog vrlo čstog otunog zgaranja. Nuklearna energja Dobvamo je cjeanjem (fzjom) l staanjem (fuzjom) jezgara atoma, čme dobvamo do 0 6 uta veću kolčnu energje nego u klasčnm kemjskm reakcjama, u kojma reagraju samo elektron z elektronskog omotača atoma. Atomska fuzja nud ogodnu energju za budućnost, ojeftnjuje rremu gorva ojednostavnjuje mjere zaštte od zračenja. Glavn naor stražvanja se danas usmjeravaju na stražvanje kontrolrane fuzje. Gorva za fzju su danas rrodn uran obogaćen zotoom U 35, zatm uran U 33, dobven z torja h, lutonj Pu 39 u oblku oksda. Za okretanje rocesa otrebna je mnmalna, tzv. "krtčna" masa, tako da se dovedeno gorvo može samo djelom skorstt. Iz gosodarskh razloga se ostatak gorva z "odkrtčne" mase ne odbacuje, već se obogaćuje, tako da se zadržava vsoko radoaktvn fzjsk materjal za onovnu rmjenu. Produkt rasada su još dugo vremena radoaktvn, tako da h je otrebno odlagat

7 olnsk strojev uređaj na osebne deonje od osebnm mjerama zaštte. Izbor lokacje ostrojenja za obogaćvanje deonja za odlaganje odlježe ne samo tehnčkom znanstvenom nadzoru, već je rje svega roblem državne sgurnost. Energja vode Za dobvanje mehančkog rada korst se energja vodnh tokova valova. Ova rmarna energja nema drektno značenje za tolnske strojeve. Energja vjetra Korst se slčno kao energja vode za drektno dobvanje mehančkog rada. Energja Sunca Intenztet zračenja ovs o geografskoj šrn, gustoć naseljenost godšnjem dobu. Sunčeva se energja može korstt u nskotemeraturnm sustavma, gdje se sakulja na drektno ozračenm asorcjskm ovršnama (sunčevm kolektorma) l u vsokotemeraturnm sustavma, gdje se omoću sustava ogledala energja dozračena na velku ovršnu koncentrra na malu ovršnu na taj načn ostžu vrlo vsoke temerature. Geotermalna energja olna z zvora vode u oblku tole vode, vrele vode l are može se drektno rmjent u tolnskm strojevma. Voda z geotermalnog zvora može se drektno korstt kao radn medj, samo treba vodt računa o mogućnost nastanka naslaga otoljenh sol (kamenac) korozjskom djelovanju takve vode. Energetska zdašnost takvh zvora u našoj zemlj je občno mala, tako da je njhovo značenje svedeno na lokalne okvre. Boln Nastaje bološkm bakterjskm rasadom organskh tvar. Glavn sastojak bolna je metan. Prozvodnja bolna ma velko ekološko značenje. Nastal ln se korst kao lnovto gorvo. Bomasa Bomasa je uglavnom vegetacjskog orjekla, rjeđe anmalnog. o su šećer, ulja, celuloza td. Iz bomase se dodavanjem enzma mogu dobt alkohol l drug ogodn oblc energenata. Olemenjvanje ugljena.. Prrema rmarnh nosoca energje Olemenjvanje ugljena vrš se mljevenjem, brketranjem slnjavanjem. Prmjenom tolne za ogon vsokotemeraturnh reaktora za slnjavanje, moguća je uotreba rodukata kao lnovtog gorva. Islnjavanje ugljena se vrš dodavanjem vodka l vodene are. Dobva se metan. Posebno je nteresantno

8 Uvod 3 dodavanje vodka rad dobvanja tekućh gorva. Obrada nafte Srova nafta je u neogodnom oblku za drektnu rmjenu, a se destlacjom drugm ostucma z nje dobvaju lnovta gorva, laka srednja teška tekuća gorva, ulja za odmazvanje, mast td. Prrodn ln Da b se olakšao transort, ln se komrmra, kako b se ukaljo r temeraturama okolne. Odgovarajućm ostucma ln se r tome oslobađa sumora sol...3 Pretvorba rmarne energje u korsnu energju Energje vode vjetra možemo drektno retvort u mehančku energju za ogon strojeva. Kod svh drugh oblka energje, dobva se najrje tolna, koja se redaje radnom medju koja se u tolnskom stroju retvara u mehančku. Kako su tolnska mehančka energja ekonomsk nerentablne za transort na velke udaljenost, one se retvaraju u elektrčnu energju. Elektrčna energja se može transortrat na velke udaljenost uz mnmalne gubtke. Najveća odručja rmjene tolnskh strojeva su u rozvodnj elektrčne energje u saobraćaju (zračnom, cestovnom, željeznčkom, morskom, rječnom td.) Pr radu tolnskh strojeva otrebno je gorvo, zrak sa kskom za zgaranje rashladn medj utem kojega ćemo odvodt otadne tolne. okom zgaranja nastaju tvar koje su ekološk štetne (ojedne su smrtonosne za čovjeka)...4 Kogeneracja Pored korsne mehančke energje z tolnskog stroja dobvamo otadne tolne, blo utem sušnh lnova l rashladnog medja. a se tolna može rmjent za ojedne korsne namjene, kao što su: rozvodnja are za dodatn mehančk ogon, rmjena sušnh lnova u dodatnoj lnskoj turbn, rmjena otadnh tolna za otrebe grjanja td...5 Pohranjvanje energje Pohranjvanje energje služ da b se tolnsk stroj mogao naajat energjom l da se sreme vškov energje za naknadnu uotrebu. o mogu bt: sremnc gorva, umne stance, koje však energje korste za umanje vode u vsnska jezera za kasnju uotrebu u hdroelektran, akumulacje komrmranog zraka, akumulacje are u velkm vodenm sremncma (kod arnh kotlova nar.), elektrčn akumulator, termčk akumulator na baz latentne tolne (sol metala).

9 4 olnsk strojev uređaj U sljedećoj tablc dana je usoredba razlčth načna sremanja energje u odnosu na masu u kojoj sremamo energju: ablca. Uoredba razlčth načna sremanja energje Sremnk Sadržaj energje [J/kg] Čelčna oruga lačn sremnk Zamašnjak (... 7)*0 3 Olovn akumulator ( )*0 3 Sremnk vrele vode ( )*0 3 olnsk sremnk na osnov latentne tolne ( )*0 6 Sremnk gorva sa sremnkom kska (5... 8)*0 6 Lgnt (gorvo) 3.4*0 6 Drvo (gorvo) 5.*0 6 Mrk ugljen (gorvo) ( )*0 6 Metln alkohol (gorvo) 9.6*0 6 Kamen ugljen (gorvo) (8... 3)*0 6 ekuća gorva (dervat nafte) ( )*0 6 Plnovta gorva ( )*0 6 Nuklearn reaktor za svemrsk rogram (SNAP) ( )*0 9 Uran U 35 za nuklearnu fzju ( )*0 Vodk H za nuklearnu fuzju ( )*0. OSNOVE OPLINSKIH SROJEVA.. Vanjsk rad Kada se radn medj šr (eksandra) on otskuje svak element svoje ovršne rotv tlaka okolne, na van. Prtom se vrš rad obzrom na okolnu, koj označavamo kao "vanjsk rad". Za radn medj s masom m taj je rad: W V m dv d (. ) Ako se volumen nekog radnog medja, zadane mase, smanjuje m moramo dovodt rad zvana da b zvršl komresju. ehnčk rad Rad dobven eksanzjom radnog medja l rad za komresju radnog medja koj moramo dovest komresoru, nazvamo "tehnčk rad". Ovaj rad ovs o vrst romjene stanja lna. Za neku masu lna m, uz zanemarvanje rada trenja, knetčke energje radnog medja otencjalne energje radnog medja u gravtacjskom olju sle teže, tehnčk rad je: W V d m v d t (. )

10 Uvod 5 PROMJENE SANJA Promjena stanja Osnovna jednadžba Ostale velčne Izoterma, const V V ln ln R V V R q w ln R s s s Izobara, const V V ( ) ( ) R v v w ( ) c q ln c s s s Izohora, V const 0 w ( ) c q v ln c s s s v Adjabata, s const κ κ V V κ κ κ V V κ κ κ V V κ κ κ κ κ R V V V w ( ) κ κ R v v w 0 q, 0 s Poltroa n n V V n n n V V n n n V V n n n n R V V n V w ( ) n R n v v w ( ) ( ) + n R u u q ln ln ln ln V V R c R c s v + s const s const const const V const V const const const n n n κ n κ n 0 n 0 n n 0 0 s V

11 Kln strojev 7 KLIPNI SROJEVI. OPĆI PRINCIPI Osnovu klnh strojeva čn erodčk romjenljv volumen radnog rostora, koj je sunjen lnovtm l tekućm radnm medjem. lak radnog medja ovećava se komresjom smanjuje eksanzjom. Unutar jednog radnog rocesa stroja još mamo faze zmjene radnog medja. Kod ogonskh tolnskh strojeva (motor s unutarnjm zgaranjem arn strojev) revladava do rocesa u kojemu se odaje rad, a to su eksanzja radnog medja uss. Kod radnh strojeva, kojma je za rad otreban stran ogon, kao što su ume komresor, revladava do rocesa u kome se asorbra rad, a to su komresja stskvanje. Geometrjska značajka svh ovh rocesa je staajn volumen V s, tj. najveća romjena volumena radnog rostora tokom jednog rocesa. Potskvač, omoću kojega mjenjamo volumen radnog rostora, može bt kl s osclacjskm translacjskm gbanjem, s osclacjskm rotaconm gbanjem, kao radn medj koj se gba u radjalnom l aksjalnom smjeru obzrom na os stroja (slka.). Obzrom na dnamčke strojeve (centrfugalne ume, turbne td.) ubrzanja radnog medja u radnom rostoru su zanemarvo mala. Rotrajuć otskvač Ako radn medj struj o obodu stroja u kojemu je rotor ostavljen ekscentrčno s omakom e, volumen rostora zmeđu ovršna rotora kućšta će se mjenjat erodčk (slka.). Dobro brtvljenje radnog rostora ostvaruje se secjalnm roflma rotora, na rmjer trohodom kod Wankelova motora (slka.a) l kod komresora. Drugo rješenje redstavljaju rotor s omčnm krlcma kod komresora (slka.b) um. Bez ekscentrčnost rotora može se ostvart samo, gotovo, udarna romjena tlaka, kao kod Rootsova uhala (slka.c). Ako medj struj u aksjalnom smjeru, njega transortramo rotorma u oblku užnh vjaka. Kod mono-ume (slka.d), romjena volumena se odvja zmeđu statora, koj u seb ma dvovojn užn navoj zveden u gum, rotora, koj je zveden kao jednovojn užn vjak. Kod vjčanh komresora (slka.e) oba su rotora tako oblkovana, da se zahvaćen volumen zmeđu granca dodra stalno smanjuje. Prednost ovakovh vjčanh komresora je u ovoljnom gbanju za rjenos energje za određen stuanj komresje. Nedostatak je u temeraturnm ekstremma koj se javljaju na određenm mjestma, tako da je otežano dobro brtvljenje zbog termčkh dlatacja, kao hlađenje zagrjanh djelova. Njhajuć otskvač Ov otskvač za svoje gbanje zskuju odgovarajuć mehanzam, koj kružno gbanje retvaraju u njhajuće gbanje, kao organe uravljanja za ulaz zlaz radnog medja (ventl uravljan razlkom tlaka, l mehančk uravljan). Za romjenu rotaconog gbanja u njhajuće korst se najvše koljenast mehanzam, koj za svoje slobodno gbanje traž dovoljno velk rostor stroja (slka.f).

12 8 olnsk strojev uređaj Slka. Volumetrjsk strojev a do e) s rotrajućm otskvačem, a do c) s medjem koj se renaša o obodu, d e) s aksjalnm rotokom medja, f) s osclrajućm otskvačem

13 Kln strojev 9. KLIPNI SROJEVI Zbog njhove česte rmjene, ov strojev su dobl svoje nazve. Radn rostor (slka.a) sastoj se z clndra, zatvorenog sa jedne strane clndarskom glavom u kojemu se s druge strane gba kl 3. Kl se gba s hodom s od jednog krajnjeg oložaja do drugog krajnjeg oložaja natrag. Krajnje točke gbanja kla, u kojma brzna kla mjenja svoj smjer, nazvamo mrtvm točkama. Kako se kln strojev najčešće zvode kao stojeć, unutarnja mrtva točka, kada je kl najblže clndarskoj glav, nazva se gornja mrtva točka (koju ćemo označavat kratcom GM). Surotno njoj je donja mrtva točka (kaju ćemo označavat kratcom DM). Hod kla x k mjermo od GM, a maksmalna vrjednost mu je jednaka staaju s, tj. hodu od jedne do druge mrtve točke. Maksmaln volumen radnog rostora se sastoj z volumena komresjskog rostora V c staajnog volumena V s. Za vezu zmeđu osclacjskog gbanja kla rotrajućeg gbanja koljenastoga vratla otreban je koljenast mehanzam, koj je obrađen u osebnom oglavlju. V c V s V s V c V s V s V s Slka. Prkaz rada klnh strojeva a) arn stroj, b) komresor, c) stana uma, d) četverotaktn motor, e) dvotaktn motor.. Radn roces Za karakterstčno osvanje rocesa u stroju služ radn roces koj se erodčk onavlja koj se sastoj z zmjene radnog medja (uss stskvanje) komresje eksanzje u clndru. Kod nekomresblnh medja (tekućne), otadaju roces komresje eksanzje. Kod ogonskh strojeva, kao što su neumatsk motor tolnsk strojev, rad eksanzje je daleko već od rada komresje. Ovdje su najznačajnj motor s unutarnjm zgaranjem, zbog unutarnjeg dovoda tolne. Izmjena radnog medja se regulra ventlma klzačma. Kod radnh strojeva, koj ogon dobvaju zvana, revladava rad komresje, koj je već od rada eksanzje. Prmjer za te strojeve su komresor ume (kod um nemamo rada komresje, već je to rad stskvanja). Kod radnh strojeva, uravljanje ventlma se vrš od djelovanjem razlka tlakova, tako da nje otreban mehančk ogon ventla. Kod jednoradnog klnog stroja stskvanje

14 0 olnsk strojev uređaj komresja se odvjaju r gbanju kla od DM rema GM, a uss eksanzja r gbanju kla od GM rema DM. Kod radnh strojeva, roces se u -V djagramu odvja surotno smjeru kazaljke na satu (slka.b), a kod ogonskh strojeva u smjeru kazaljke na satu (slka.a). lak rlkom ussa u clndar je, zbog gubtaka strujanja na ventlma ussnoj cjev, manj od vanjskog tlaka, tako da je '<, a je za uss otrebno dovodt rad. Kod stskvanja je z stog razloga ">, tako da tu moramo dovodt rad. Kod komresje eksanzje, radn medj zvod rad rema zakonma termodnamke. aj rad možemo odredt ndcranjem (mjerenjem -V djagrama) l mjerenjem snage stroja. Parn stroj Para, kao noslac energje (slka.a), struj z arnog kotla sa tlakom u clndar od točke 4 do točke uz lagano oadanje tlaka, nakon čega se zatvara dovodn ventl l klzač, koj je bo otvoren od točke VE do točke Ex. Zatvaranjem dovoda are, kako vše ne dovodmo novu masu are, očnje eksanzja are u clndru. o se vd o naglom smanjenju tlaka. Nakon eksanzje od do uz odavanje rada, r otvaranju sušnog ventla l klzača u točk VA tlak u clndru je vš od tlaka, tako da ara očnje strujavat z clndra. Ovaj ventl ostaje otvoren od točke VA do točke Co. okom gbanja kla od DM do GM, volumen u clndru se smanjuje kl stskuje aru van clndra. Zatvaranjem sušnog ventla, u točk Co očnje komresja u clndru, od točke 3 do točke 4. očke VE VA leže sred točaka 4, kako b se za faze ussa suha ventl stgao dovoljno otvort. Pr točk VA tlak u clndru je vš od ", tako da se gub jedan do rada eksanzje (šrafrana ovršna). Ovog rada se odrčemo jer redstavlja vrlo mal rad, za kojega je otrebno značajno ovećat dmenzje stroja, što nje ekonomsk oravdano. Parn strojev se danas zrađuju još samo kao jednosteen, sa snagama do 00kW o clndru. Prednost rmjene arnog stroja su u dobroj elastčnost stroja, što znač da se stroj može dobro rlagodt romjenama oterećenja sam stroj nje osjetljv na reoterećenja. Nedostatc su u vrlo nskoj korsnost η < 0. otrebnom arnom kotlu za rozvodnju are. Motor s unutarnjm zgaranjem Kod motora s unutarnjm zgaranjem (slke.d.e) se gorvo zrak s kskom za njegovo zgaranje dovode neosredno u radn rostor stroja. Izgaranje redaja tolne radnom medju vrš se u samom clndru. Gorva koja se korste moraju zgarat bez eela, tj. negorvog krutog ostatka, tako da se kao gorva korste samo tekuća lnovta gorva. Kako b se zgaranjem doble što vše temerature tme dostgla što bolja korsnost, radn medj se rje zgaranja komrmra. Porast tlaka zgaranjem, nakon komresje, daje dovoljno vsok tlak za dobvanje mehančkog rada eksanzjom nastalh lnova zgaranja. Nakon komresje od točke do točke, sljed zgaranje, koje se u očetku odvja vrlo brzo, tako da slč trenutnom zohornom zgaranju od do 3 naknadno sorje zgaranje uz stovremenu djelomčnu eksanzju, tako da slč zgaranju o zobar od 3 do 4. Nakon zgaranja sljed eksanzja od točke 4 do točke 5. Osan do rocesa je jednak kod dvotaktnh četverotaktnh motora. Kod četverotaktnog motora (slka.d) mamo još takt suha od točke 5 do točke 0 takt ussa od točke 0 do točke, tako da radn roces motora obuhvaća 4 takta, odnosno dva okretaja koljenastog vratla. Kod dvotaktnog motora (slka.e) dolaz najrje u točk 5 do otkrvanja sušnh rasora u stjenc clndra, a u točk 6 do otvaranja ussnh rasora. Isušn lnov od točke 5 do točke 6 strujavaju od djelovanjem razlke tlaka. Od točke 6 do točke 7 zrak koj je rje komrmran u osebnom uhalu, ulaz u clndar sred sebe stskuje lnove zgaranja sunjava clndar svježm zrakom za sljedeće zgaranje. Od točke 7 tlak još malo oada jer do zraka koj je suno clndar bjež kroz još otvorene sušne rasore do točke, kada dolaz do njhovog zatvaranja do očetka komresje. Kod dvotaktnog motora se cjel roces odvja u dva takta, tj. tokom jednog okretaja koljenastog vratla. Dvotaktn motor je zbog dvostruko većeg broja radnh taktova termčk vše oterećen od četverotaktnog motora. Kod Ottovog motora se u clndar motora ussava već zmješana gorva smjesa zraka gorva, koju ne smjemo retjerano komrmrat, kako ne b došlo do samoualjvanja smjese tokom komresje. Gorva smjesa se rje GM ual elektrčnom skrom omoću svjećce. Kod dzelskog motora se u clndar ussava samo zrak o volj vsoko komrmra. U zagrjan zrak na kraju komresje ubrzgava se gorvo koje se rasršuje, saruje, mješa sa zrakom ualjuje samo

15 Kln strojev od sebe. Kako smjesa ara gorva zraka zgara velkom brznom, kod Ottovog motora, gdje je gorvo malo dovoljno vremena tokom komresje da sar da se dobro omješa sa zrakom, zgaranje je vrlo brzo, tako da govormo o zohornom zgaranju (r V const.). Kod dzelskog motora se gorva smjesa stvara tokom samog zgaranja, tako da je zgaranje sorje nego kod Otto motora, a se takvo zgaranje zamjenjuje zobarnm zgaranjem (r const.). Komresor Kod komresora (slka.b) dolaz do ussa od točke 4 do točke komresje od točke do točke. okom komresje se smanjuje volumen, a temeratura tlak rastu. Da b se srječle moguće ekslozje zbog samoualjvanja ara ulja za odmazvanje, temeratura se ogrančuje na 00 C. Rad toga je otrebno dobro hlađenje stjenke clndra, clndarske glave kla, kao hlađenje zraka u hladnjacma, omoću vode l zraka. me se šted na ogonskoj energj. Kada je u točk tlak u clndru narastao znad tlaka, dolaz od djelovanjem razlke tlaka do otvaranja sušnh ventla do stskvanja radnog medja z clndra, sve do točke 3. u je kl došao do GM u clndru je zaostalo još nešto komrmranog radnog medja. Kl će se gbat sada rema DM, volumen u clndru se ovećava tlak se u clndru smanjuje. Isušn ventl se od djelovanjem razlke tlaka sam zatvara. lak u clndru dalje oada eksanzjom zaostalog radnog medja, sve dok tlak u clndru ne oadne sod tlaka, za točke 4, kada će doć do otvaranja ussnog ventla ustrujavanja radnog medja u clndar od točke 4 do točke. Pume Radn roces ume (slka.c) određen je gustoćom nekomresblnošću tekućne. Radn roces je ogrančen zohornm oadanjem tlaka od 3 do 4 u GM zohornm ovećanjem tlaka od do u DM. Uss stskvanje se na taj načn rotežu tokom čtavog staaja, od GM do DM obratno. Skokov u krvuljama tlaka u točk točk 4 redstavljaju samo otrebne razlke tlaka da b se okrenuo mrujuć ventl odgnuo sa sjedšta. Staajn volumen.3 OSNOVE PRORAČUNA Kln stroj sa romjerom kla D staajem s ma staajn volumen: V s D π s 4 Ak s (.) Kod dvoradnog stroja sa stanm mehanzmom kržnom glavom, staajn volumen je. suma staajnh volumena znad sod staa: V ( A A )s s GS + GS (.) gdje je A GS ovršna rojekcje kla rema clndarskoj glav, a A DS ovršna rojekcje staa rema koljenastom vratlu (donja strana staa). Kako na donjoj stran staa mamo rčvršćenu staajcu romjera d, to je A DS < A GS, a je:

16 olnsk strojev uređaj π [ D + ( D d )] s ( D d )s π V s 4 4. Stroj sa z clndara ma ukun staajn volumen: V V z H s (.4) (.3) Geometrjsk stuanj komresje Odnos zmeđu maksmalnog mnmalnog volumena u clndru nazva se geometrjsk stuanj komresje ε. Mnmaln volumen je tzv. komresjsk volumen V mn V c, dok je maksmaln volumen V max V c +V s. Geometrjsk stuanj komresje je: V V + V max c s ε (.5) Vmn Vc Ako nam je oznat geometrjsk stuanj komresje ε staajn volumen V s, možemo odredt komresjsk volumen V c maksmaln volumen: V V c Vs ε max ε V c ε Vs ε - (.6) renutn volumen radnog rostora Ako je hod kla od GM x k, trenutn volumen radnog rostora na gornjoj stran kla je: x V + s k Vc + xk Ak Vc Vs (.7) Brzna vrtnje kružna brzna Brzna vrtnje n redstavlja broj okretaja koljenastog vratla u jednc vremena. Za jedan okretaj koljenastog vratla kl reval hod od jedne mrtve točke do druge natrag, tj. hod od dva staaja. Recročna vrjednost brzne vrtnje je vrjeme jednog okretaja /n. Kako je vrjeme drektno roorconalno revaljenom kutu kod konstantne brzne vrtnje, umjesto vremena možemo kao mjeru uzet kut koj reval koljeno koljenastog vratla ϕ, mjereno od oložaja kada je kl u GM. Kružna brzna koljenastog vratla je ωϕ/t. Za ϕ π je t, a dobvamo: π ω π n (.8) Vrjeme kojemu odgovara kut od OK ( kuta koljena) dobvamo na sljedeć načn: tokom jednog okretaja koljeno reval kut od 360 OK, a dobvamo:

17 Kln strojev 3 t OK t o o α OK 360 α 360n 360 n (.9) okom jednog okretaja zvedu se dva takta. Broj rocesa u jednc vremena je kod dvotaktnog stroja jednak brzn vrtnje, dok je kod četverotaktnh strojeva on dvostruko manj od brzne vrtnje, a je rema tome: n a n za dvotaktn stroj n n a za četverotaktn stroj l u drugom oblku: n n a (.0) τ gdje je τ taktnost stroja: τ τ 4 za dvotaktn stroj za četverotaktn stroj Srednja brzna kla Kl tokom jednog okretaja koljenastog vratla reval ut od dva staaja. Srednja brzna kla na tom utu je: s c s sn (.) Indkatorsk djagram lakov određen su stanjem okolne, stanjem u cjevma sred l za stroja l u sremncma. okom komresje eksanzje tlak u clndru se mjenja. lak tokom ussa u clndar, tlak ' je nž od vanjskog tlaka, a tlak ' tokom stskvanja je vš od tlaka zbog gubtaka strujanja. Mjerenje tlaka u clndru nazva se ndcranje. Snmanjem tlaka u funkcj trenutnog volumena u clndru, dobva se ndkatorsk djagram. Zatvorena krvulja tog djagrama redstavlja roces koj se odvja u clndru. Srednj tlak ndkatorskog djagrama nazva se srednj ndcran tlak. Ako je A D ovršna l D dužna zatvorenog ndkatorskog djagrama, a k [m/bar] krutost oruge, tako da je m /k [bar/m] mjerlo tlaka, dobvamo srednj ndcran tlak: m A l AD l k D sr, (.) D D Mjerlo volumena je m v V s /l D [m 3 /m]. Položaj koordnatnh os -V djagrama određen je s:

18 4 olnsk strojev uređaj l o h o V m s v o k m o Slka.3 Indkatorsk djagram V s V s,ds Slka.4 Sle tlaka lnova koje djeluju na sta stroja

19 Kln strojev 5 Sla tlaka ona je: Kod jednoradnog kla (slke.4a.4b) tlak radnog medja djeluje na kl samo s jedne strane F ( a ) A k gdje je a atmosfersk tlak. Kod dvoradnog stroja tlak radnog medja, razlčt o velčn, djeluje s obje strane staa, to na stran koljenastog vratla DS na stran clndarske glave GS. Površne na koje djeluje tlak su (uzma se samo rojekcja ovršne u smjeru gbanja staa): A A A GS DS st D π 4 A A GS d stπ 4 st Sle koje djeluju na kl, odnosno sta, su: F F GS DS GS DS A A GS DS Na staajcu djeluje još sla vanjskog tlaka: F st a A st Ako uzmemo da je oztvn smjer sle rema koljenastom vratlu, ukuna sla tlaka na kl l sta je: F ( GS DS ) A GS ( DS a ) A st (.3) Maksmalna vrjednost sle tlaka je sla na koju dmenzonramo koljenast mehanzam. Kod dvosteenog komresora (slka.4c), jako ovećan romjer staajce određuje drug staajn volumen: V ( A A s,ds GS st ) s drugog stunja komresje, koj je zbog všeg tlaka (a tme gustoće radnog medja) manj od volumena rvog stunja: V s,gs A GS s Indcran rad Indcran rad rocesa redstavlja mjerljv rad koj zvrš radn medj u clndru tokom erode jednog rocesa. o je rad koj radn medj reda klu stroja l koj kl stroja reda radnom medju. Ako retostavmo da je srednja vrjednost sle tlaka na kl: F sr, A k

20 6 olnsk strojev uređaj srednja vrjednost rada: W F s dobvamo: W z sr, Ak s sr,vh (.4) Efektvn rad Efektvn rad je rad koj stroj zmjenjuje na sojc koljenastog vratla. Ako se rad o ogonskom stroju, onda je to rad koj se redaje otrošačma. Ako se rad o radnom stroju (nr. komresoru), onda je to rad koj se dobva od ogonskog motora. Rad koj je radn medj redao klu ogonskog stroja, djelom se troš na savladavanje trenja u koljenastom mehanzmu za ogon omoćne oreme stroja. Ako taj rad označmo sa W R, onda je efektvn rad: W W e e W W za ogonsk stroj R W W za radn stroj R W W e R Ako sa sr,e sr,r označavamo srednje efektvn tlak srednj tlak trenja, dobvamo: sr,e sr,r V H V H Snaga Uz ostavku da je snaga zvršen rad u jednc vremena, tj. P W/, dobvamo ndcranu snagu, efektvnu snagu snagu gubtaka trenja: P P P e R sr, sr,e n sr,r a n a n V V a H H V H (.5) gdje je n a broj radnh rocesa u jednc vremena. Uz raktčne jednce: P [kw], sr [bar], n a [mn - ] V [l (ltar)], snaga je: sr navh P [kw] 600 Efektvna snaga stroja mjer se na stnom stolu mjerenjem momenta brzne vrtnje: P e M M d d ω π nm sr,e n a π n V H d sr,e πτ V sr,e H n a V H (.6) Ako slu kočenja F B mjermo na kraku l B m, uz:

21 Kln strojev 7 M F d B l B dobvamo brojčanu jednadžbu: P l e B P e n π π 3 [ m] [ /mn] 60 l B [ m] F [ N] π 0 n [ /mn] l [ m] F [ N] B [ N] [ / mn] 0 4 F n [kw] B B B Mase volumen Za cjel stroj, teorjska, ussana stsnuta masa m th > m u > m se razlkuju. eorjska masa m th ρv H sunla b staajn volumen, kada b na rasolaganju mal dovoljno vremena da se tlak sred u clndru zjednače. Zbog ogrančenog vremena koje stoj na rasolaganju za uss, to nje moguće zbog gubtaka strujanja, tako da je ussana masa m u manja. Dok je tlak u clndru vš nego tlak sod kla, dolaz do restrujavanja zbog rouštanja na klnm rstenma, tako da se jedan do mase gub rouštanjem. Slčno kod stovremene otvorenost otvora za uss za suh može doć do stjecanja jednog djela radnog medja koj je već ušao u clndar, tj. m u - m. Kod motora s unutarnjm zgaranjem, ussanom zraku se dodaje još masa gorva m g. Ussan volumen V u stsnut volumen V radnog medja, sveden na stanje u clndru je: V V u mu ρ m u (.7) ρu Značajke blanse mase u stroju su: m λ stuanj unjenja m th md λ d stuanj dobave m th mu λ z stuanj zahvaćanja (.8) m D m λ g stuanj rouštanja m λ λ u D λ z λ g Korsnost (Stunjev djelovanja) Korsnost je omjer dobvene energje rema uloženoj energj redstavlja ocjenu valjanost termodnamčkog rocesa klnog stroja. Ona je uvjek manja od. Ovaj omjer je uvjek vezan za cjel stroj l ojedne djelove, a se rema tome djel. Ako uzmemo da je P d snaga dealnog stroja, dobvamo:

22 8 olnsk strojev uređaj P d > P > P e P d < P < P e za ogonske strojeve za radne strojeve Mehančka korsnost ocjenjuje udo gubtaka P mg u mehanzmu stroja, kao što su trenje ogon omoćne oreme usoređuje ndcranu efektvnu snagu stroja. u se također rav razlka, ovsno o vrst stroja: P P e Pmg Pe η m za ogonske strojeve P P P + P e e mg P P e Pmg Pe η m za radne strojeve P P P + P mg (.9 ) Mehančka korsnost znos 0.80 do 0.9 za nazvno oterećenje stroja vša je kod većh strojeva. Stuanj savršenstva usoređuje stvarnu retvorbu energje u tolnskom stroju sa retvorbom energje u dealnom stroju (stroju koj b korsto dealn termodnamčk roces): P η s za ogonske strojeve P th Pth η s za radne strojeve P (.0 ) stroju: ermčka korsnost usoređuje retvorbu energje u dealnom stroju rema energj dovedenoj Pth η th za ogonske strojeve m & H g th d Q& η th za radne strojeve P (. ) Efektvna korsnost usoređuje efektvno retvorenu energju rema dovedenoj energj: Pe η e za ogonske strojeve m & H e g d Q& η e za radne strojeve P (. )

23 Kln strojev 9.4 KONSRUKCIJSKE IZVEDBE KLIPNIH SROJEVA Kln strojev sastoje se z kućšta ogonskog mehanzma sa koljenastm vratlom, njegovm ležajevma oremom za regulacju, hlađenje, odmazvanje td. Konstrukcjska zvedba rozlaz z radnog rocesa radnog medja. zvedbe velčne ogonskog mehanzma, ovse o oterećenjma načnu zrade. Iz svega možemo zdvojt sljedeće osnove konstrukcje klnh strojeva..4. Izvedbe stroja Kućšte stroja nos sve djelove stroja, reuzma sle tlaka radnog medja nercjalne sle mehanzma. Rad lakše zrade montaže kućšte je odjeljeno, a djelov su međusobno rčvršćen elastčnm vjcma. Kako je za ostzanje nerousnost na mjestma na kojma je kućšte odjeljeno otrebna vrlo kvaltetna skua obrada, nastoj se broj odjela svest na najmanju moguću mjeru. Jedno standardno kućšte se tako na rmjer sastoj (slka.5c) z clndarske glave, kućšta clndara, ostolja 3 temeljne loče 4 Jednoclndrčn strojev maju jednodjelno kućšte (slka.5b) sa clndarskom glavom 5, ležajnm šttovma 6 bočnm oklocma 7 za otrebe montažnh radova. Komlcran odljevc su ekonomčn samo kod strojeva sa jednm clndrom. Kod manjh strojeva sa vše clndara korst se vodoravna odjela, tako da jednu cjelnu čn clndarska glava, drugu cjelnu clndarsk blok, treću kućšte osebnu ostolje stroja (slka.5c). Kod velkh strojeva se odjela vrš standardno o svakom clndru (slka.5d). Slka.5 Glavne grue klnh strojeva a) ogonsk kln mehanzam, b) kućšte jednoclndarskog stroja, c) stroj s vše clndara sa zajednčkom clndarskom glavom, d) stroj s vše clndara u modularnoj zvedb ( clndarska glava, gornj do kućšta s rovrtma clndara, 3- donj do kućšta, 4 uljna kada l temeljna loča stroja)

24 0 olnsk strojev uređaj Slka.6 Izvedbe rasoreda clndara kod strojeva s vše clndara Izvedba kućšta određena je rasoredom clndara zvedbom koljenastog mehanzma. Na slc.6 rkazane su razlčte zvedbe obzrom na rasored clndara. Lnjska zvedba (slka.6a) Clndr su oredan sv u jednoj ravnn (do 8 clndara) na jednoj stran koljenastog vratla. Clndr mogu bt stojeć, vseć l ležeć. Razmak među osma clndara znos a(...)d, gdje je D romjer clndra. Lnjska zvedba se najčešće korst kod klnh strojeva. Bokser zvedba (slka.6b) Clndr leže u jednoj ravnn, u kojoj je oloženo koljenasto vratlo. Svak clndar ma svoj koljenast mehanzam svoje koljeno. Stroj je kratak nzak. Broj ležaja na koljenastom vratlu je mal. V zvedba (slka.6c) Po ola clndara lež u jednoj od dvje ravnne, koje su međusobno oložene od kutom od γ Na jedno koljeno vežu se nasurotn clndr z dvju ravnna, tako da je broj koljena jednak olovc ukunog broja clndara. Strojev su kratk komaktn. Ukun broj clndara de do 0 (najčešće su zvedbe s 8,, 6 8 clndara). V kut je ostavljen tako da je smetrala kuta okomta. L zvedba (slka.6d) Kod ove zvedbe, koja slč V zvedb, jedan red clndara je oložen u horzontalnoj ravnn, a drug u vertkalnoj ravnn. Kut među clndrma je 90. Uotrebom rostora zmeđu redova clndara za ugradnju oreme, dobva se vrlo komaktna zvedba stroja.

25 Kln strojev W zvedba (slka.6e) Clndr su kod ove zvedbe odjeljen u tr ravnne, od kojh je jedna okomta, a druge dvje su od nje nagnute smetrčno, svaka na jednu stranu. Broj koljena na koljenastom vratlu odgovara broju clndara u jednoj ravnn. Stroj je vrlo kratak komaktan. Koljenast mehanzam se občno zvod tako da su klov clndara z vertkalne ravnne vezan na glavnu ojncu, na koju se vežu, svaka sa svoje strane, bočne ojnce koje se vežu na klove z nasurotnh clndara. Zvjezdasta zvedba (slka.6f) Clndr su kod ove zvedbe rasoređen o osegu kruga. Jedan kl je vezan na glavnu ojncu, dok su drug klov ovezan sa rvješenm ojncama. Koljenasto vratlo ma samo jedno koljeno. Ponekad se korst konstrukcja sa dvje l tr zvjezde, koje su oredane jedna za drugom. U takvom slučaju broj koljena na koljenastom vratlu jednak je broju zvjezda. Sve zvedbe strojeva, osm zvjezdaste mogu se zvest kao dvoradn strojev. Izvedba stroja, odnosno rasored clndara, defnra osnovnu konstrukcju stroja. Rad lakšeg kasnjeg raćenja, normama ISO ISO 76-97, te DIN 665 defnran je načn označavanja clndara. Kod motora za osobna vozla može se korstt norma DIN 730 za označavanje clndara..4. Element koljenastog mehanzma Koljenasto vratlo Koljenasto vratlo (slka.7) sastoj se z koljena s rukavcma vratla, kojma se koljenasto vratlo oslanja u glavnm ležajevma, rukavcma koljena, na koje se hvataju velke esnce ojnca ramena 3, na koja se ostavljaju rotuutez 4. Prrubnca 5 služ za rjenos momenta, dok se na slobodn kraj 6 rčvršćuju element za ogon omoćne oreme stroja. Udaljenost os dva susjedna koljena jednaka je razmaku clndara znos a (...6) D, gdje je D romjer clndra. Kod lnjskh zvedb dzelskog motora (slka.7a), kod kojh na koljeno djeluju velke sle, zmeđu svaka dva susjedna koljena ostavljaju se glavn ležajev koljenastog vratla, tako da kod motora s z clndara u lnj, odnosno kod koljenastog vratla s z koljena, mamo z+ glavn ležaj. Kod arnog broja clndara kod malh sla na koljeno (slka.7c) sajaju se kosa ramena dva susjedna koljena, r čemu dobvamo ukuno (+z )/ glavnh ležaja. Kod zvjezdasth motora (slka.7f) na koljeno se veže do 5 ojnca, a kod strojeva s V zvedbom clndara (slka.7e) o ojnce na jedno koljeno. Kod motorkomresora susreću se na stom koljenu koljena dva razlčta radusa (slka.7g), gdje se na jedno koljeno vežu jedna do druge dvje ojnce, svaka sa drugačjm staajem (hodom kla). Kod malh brzohodnh strojeva se korst čeono koljeno (slka.7h), kao kod velkh strojeva u ležećoj zvedb (tada su otrebna ojačanja ramena koljena). Koljenasto vratlo (slka.7a), občno z konstrukcjskog čelka l čelka za oboljšanje, kuje se u vše rolaza. Manja koljenasta vratla kuju se u kaluma. Rukavc koljena rukavc glavnh ležaja se kale cementraju. Kod ljevanh koljenasth vratla (slka.7c) z temer ljeva l z čelčnog ljeva, mala se čvrstoća materjala nadoknađuje ovoljnm oblkovanjem odljevka. Izrada ljevanh koljenasth vratla je jednostavnja od kovanja. Koljenasta vratla koja su revelka blo za kovanje l za ljevanje zrađuju se sastavljanjem (slka.7d), tako da se koljena zrađuju zasebno nakon toga se sajaju osnacma glavnh ležaja. Kao ležajev se korste klzn ležajev zbog mogućnost odjele takvh ležaja u dva djela, tako da koljenasto vratlo može bt jednodjelno. Valjkast kuglčn ležajev nsu ogodn za rmjenu kod klnh strojeva zbog ovšenog habanja nemogućnost montaže kod jednodjelnh

26 olnsk strojev uređaj koljenasth vratla. Pojedne konstrukcje (slka.9b) maju ramena koljena zvedena kao dskove, tako da se na njhov obod ostavljaju valjkast ležajev, l se on montraju kod sastavljenh koljenasth vratla u faz zrade samog vratla (slka.7d). Slka.7 Izvedbe koljenasth vratla Slka.8 Izvedba koljena oterećenja Rukavc 3 su kod koljenastog vratla oterećen na torzju (slka.8), dok su ramena još dodatno oterećena na vlak, odnosno tlak. Pr tom su najveća narezanja na savjanje na rukavcu koljena. Kao oterećenje ovdje djeluje sla F F R + F r, r čemu su ove sle određene jednadžbama (.3). Na koljenu djeluje tangencjalna sla, a je moment od njenog oterećenja rkazan na slc.0b. Da b se zbjegle koncentracje narezanja na rjelazma zmeđu vratla ramena, relaz se zrađuju sa zaobljenjem uz radus r (r/d > 0.05). Dmenzje ramena koljena su občno b/d h/d gdje je d romjer vratla, b šrna ramena h debljna ramena. Provrt za rovođenje ulja moraju se oložt dalje od zaobljenja na rjelazma. Daljnja oboljšanja u konstrukcj koljenastog vratla su u rmjen zaobljenja svh oštrh rubova na zlazma rovrta, rlagođenom toku krstalne strukture (zvlačenje, kovanje) td. Narezanje na savjanje se računa r oterećenju slom FF R +F r, na udaljenost e l (slka.8) od oslonca, kao: Fe M b (.3 )

27 Kln strojev 3 M b α σ b (.4 ) W gdje je M b moment savjanja, α koefcjent koncentracje narezanja W moment otora resjeka. Ojnca Ojnca (slka.9) saja kl s koljenom. Ojnca se sastoj z male esnce, kojom se hvata na osovncu kla l kržnu glavu, velke esnce, kojom se hvata na rukavac koljena, sa ležajnm šalcama 3 4 struka ojnce 5. Ojnca renos sle sa kla na koljeno. Ojnca se zrađuje z konstrukcjskh čelka, čelčnog ljeva l z lakh metala. Ljevane ojnce se zbog nske čvrstoće vrlo rjetko korste. Mala esnca ojnce zvod translacjsko gbanje, a velka esnca rotacjsko o kružnc koju osuje koljeno. U kućštu stroja treba ostavt dovoljno mjesta za gbanje ojnce. Slka.9 Izvedbe ojnca Izvedbe ojnca su razlčte. Jednodjelne ojnce (slka.9a) korste se kod koljenastog vratla s čeonm koljenom. Podjeljene velke esnce slka (.9b) omogućuju rmjenu jednodjelnh koljenasth vratla. Koso djeljenje (slka.9c) korst se kod vsokh tlakova u clndru da b se kl sa djelom ojnce

28 4 olnsk strojev uređaj mogao zvuć kroz clndar rad demontaže. Rascjeljena velka esnca (slka.9d) korst se rjeđe kod V rasoreda clndara, kada se na sto koljeno hvataju dvje ojnce. Da b se ovećala stablnost struka ojnce na zvjanje od djelovanjem velkh tlačnh sla, resjek struka se zvod u oblku slova H (slke.9b.9c), r čemu je otrebno ažljvo zvest sve rjelaze zmeđu struka esnca. U ostalm slučajevma struk ojnce se zvod sa eltčnm (slka.9a), kružnm l ravokutnm resjekom, r čemu je masa ojnce značajno veća. Ležajev ojnce su najčešće klzn, s ležajnm šalcama debljne do 3 mm, s ležajnm slojem debljne 0.5 do 0.5 mm. Ležajn sloj se zvod z ležajne bronze za malu esncu z bjelog metala l olovne bronze za velku esncu. Za malu esncu kod malh strojeva se često stavlja glčast ležaj, dok rmjena valjkasth l kuglčnh ležajeva za velku esncu zskuje jednodjelnu ojncu sa znatno ovećanom velkom esncom, čak kada se valjčć odvaljuju drektno o oboljšanoj (kaljenoj, cementranoj) ovršn vratla. Ležajev se odmazuju uljem koje se dovod blo kroz rovrte u ojnc l rskanjem. Pesnce ojnce su oterećene na savjanje kao nosač zmeđu dva oslonca (slka.9e). Kod klnh mehanzama, gdje je oterećena samo jedna strana kla, najveće oterećenje javlja se u oložaju GM l vrlo blzu tog oložaja, kada je sla u ojnc: F BL ( + ) F m rω λ F KL F BL m r, oj rω Kada je F BL < 0 ona je usmjerena od esnce rema struku oterećuje struk na tlak. Kod dvoradnh strojeva, tlak radnog medja djeluje na obje strane kla, a je drug maksmum sla tlaka radnog medja u blzn DM. U tom oložaju sle tlaka nercjske sle u jednadžbama za F BL F KL maju st redznak, a se zbrajaju oterećuju ojncu na vlak, tako da se esnce ojnce njhov okloc moraju oblnje dmenzonrat. Krakov na kojma djeluju te sle na esncama su a d 0 / a d u /. Elastčn vjc okloaca se rtežu sa rednaonom od F, r čemu su doveden do 70% grance uzanja. Promjer struka th vjaka je oko 0.8 romjera navoja. Klov Klov se zrađuju z svog ljeva, čelčnog ljeva, čelka l lakh legura. Na čelo kla djeluju sle tlaka radnog medja. Plašt kla služ za vođenje kla u clndru nos elemente za brtvljenje radnog medja ulja za odmazvanje. Kod lnovth radnh medja kl se jako zagrjava, tako da je mehančk termčk jako naregnut. olna se odvod utem klnh rstenova na stjenku clndra l se odvod rashladnm medjem kojm hladmo kl (ulje). Kod jačeg zagrjavanja kla, otrebno je lašt kla odgovarajuće roflrat, kako b lašt kod radnh temeratura mao clndrčan oblk kako b se srječlo da kl zbog šrenja r všm temeraturama struže o clndru. Udarac kla u okloac clndra l otvorene ventle srječava se uštanjem otrebnog zazora. Izvedbe kla su razlčte. Razlkujemo kl, na kojega se rčvršćuje drektno ojnca, koja se njše oko osovnce, tako da u dodr s radnm medjem može doć samo gornja ovršna kla sta, koj je rčvršćen na staajcu koja se gba translatorno, a se sada u dodr s radnm medjem može dovest gornja donja ovršna staa (dvoradn strojev). Kod dvoradnog stroja otrebno je da staajca rolaz kroz donju glavu clndra da se u rolazu staajce ostav brtva. I klove staove nazvat ćemo kl, osm u slučaju kada se žel naglast da se rad o stau stanom mehanzmu. Na slc.0a rkazan je kl. Čelo kla je u dodru s radnm medjem. Kod motora ono često ma razlčte rofle, s uustma za ventle, s kanalma za rashladno ulje td. Plašt kla je roflno brušen l ma odgovarajuće umetke od nvar čelka za komenzacju termčkh dlatacja. U njemu je smještena osovnca 3 s osguračma 4, čje je ležšte 6 ojačano rad rjenosa sla. Po obodu lašta smješten su kln

29 Kln strojev 5 rsten (komresjsk 7 uljn 8), s kanalma 9 za odvođenje vška sastruganog ulja. Za zradu ovakvh klova korst se laka alumnjska legura, legrana sa slcjem, manganom nklom, gustoće 850 kg/m 3, s dobrom tolnskom vodljvost vsokom čvrstoćom na zmjenčno oterećenje. Vsok koefcjent tolnskog stezanja zskuje osebna konstrukcjska rješenja. Slka.0 Izvedbe klova Na slc.0b rkazan je sta. U rovrt rčvršćena je staajca. Ovaj je sta redvđen za dvoradn stroj nos dva aketa klnh rstena. Složen staov sastavljen su z vše djelova. Na mjestma sajanja ostavljaju se jednodjeln element za brtvljenje, občno z elastomera. Kod staova za hdraulčke strojeve (slka.0c) ulogu brtvljenja maju manžete koje su otsnute osebnm rstenma, a za brtvljenje rema staajc korste se gumen rsten 3. Steenast klov (slka.0d) korste se kod všesteenh komresora. Površne kla su zvedeno rstenasto. Prkazana zvedba na slc redvđena je za jedan dvosteen komresor s rvm drugm stunjem. Kod um se korste drukčje zvedbe kla. Jedna od njh je tzv. uronjen kl (slka.0e). Ovaj se kl vod o svom glatkom laštu u vodlc sa brtvom, u clndru 3. Pomoću otsnog rstena 4 regulra se zvana rtsak brtve 5 na klznu ovršnu. Zbog duge glatke vodeće ovršne ovakv klov su tešk korste se samo kod radnh medja koj maju svojstva odmazvanja kod sorohodnh strojeva, kao što su hdraulčke ume. Čelo kla, koje je u dodru sa radnm medjem, zloženo je djelovanju tlaka oterećeno je na savjanje, kao loča s jednolko rasoređenm oterećenjem. Kod klova loča čela je oslonjeno o boku, kod staova steenasth klova loča je oslonjena u sredn. Kako kl ne redstavlja vtko elastčno tjelo, klasčn roračun čvrstoće vtkh tjela ne mogu se rmjent. Proračun čvrstoće vrše se rmjenom metode konačnh elemenata uz eksermentalne rovjere.

30 6 olnsk strojev uređaj Kln rsten maju najčešće ravokutn resjek rascjeljen su na jednom mjestu, kako b se mogl rlagodt rovrtu clndra rtskat na stjenku. Sam rascje može bt razlčto zveden, blo ravan l kos, s rekloom td. Njegova zvedba drektno utječe na rouštanje na rstenma. Izrađuju se z čelčne žce l z secjalnog ljeva. vrdoća klzne ovršne rstena je manja od tvrdoće stjenke clndra, kako b se lakše trošl, ošto je njhova zmjena jeftnja lakše zvedva..4.3 Neokretn djelov stroja Kućšte temeljna loča Kućšte stroja nos clndre, mehanzam s ležajma za koljenasto vratlo, oremu za uravljanje, odmazvanje td. Kućšte se reko vbrozolatora rčvršćuje na temelj stroja l na noseću konstrukcju kod broda, vozla td. Izvedbu kućšta dktra radn roces, zvedba stroja, načn uležštenja koljenastog vratla načn zrade. Sle tlaka renose se sa clndarske glave do ležaja koljenastog vratla, dok nercjalne sle djeluju u ležajma koljenastog vratla bočno na stjenku clndra, te se renose reko kućšta na temelj stroja. Moment ovh sla oterećuje kućšte na vlak, tlak savjanje. Presjec u ravnn okomtoj na koljenasto vratlo oterećen su najvše. Ov se resjec orad toga ojačavaju rebrma, kako b se kućštu dala otrebna krutost. Ona je otrebna rje svega rad ležaja koljenastog vratla. Za gbanje ojnce (slka.) rotuutega, u kućštu moramo ostavt dovoljno slobodnog rostora. Pokretn djelov n u kom slučaju ne smju udarat u ovršnu ulja. Osnovne zvedbe kućšta okazuje slka.. Slka. Potrebno mjesto za gbanje koljenastoga mehanzma unelska zvedba (slka.a) Koljenasto vratlo se ovdje uvlač aksjalno. Njegov ležaj smješten su u ležajnm šttovma. Za uvlačenje koljenastog vratla ostavlja se velk rovrt ojačan rebrma 3. Clndar se rčvršćuje na rrubnce 4. U bočnm stjenkama kućšta ostavljen su velk otvor 5, kako b se moglo rć sa alatom za montažu demontažu ojnce, koja se uvlač zajedno s klom kroz clndar. Za rčvršćenje na odlogu služe stoe 6, kojma se stroj rčvršćuje na temelj. Koljenasto vratlo oslonjeno je samo u krajnjm ležajma na

31 Kln strojev 7 ležajnm šttovma, a je zbog toga broj koljena ogrančen. Koljenasto vratlo najčešće ma koljeno, rjeđe l 3. Izvedba je vrlo jednostavna, a se ovakvo kućšte korst kod malh strojeva s malm brojem clndara. Ako je koljenasto vratlo zvedeno s valjnm ležajma s vše koljena, korst se sto tako tunelska zvedba kućšta, sa stunjevanm romjerma ležaja. Slka. Izvedbe kućšta klnh strojeva Otvoreno kućšte (slka.b) Otvoreno kućšte u odručju clndara nos clndarske košuljce, do romjera od 00 mm. Vseć ležaj ma ljevana rebra rad rjenosa sla veće krutost. Ležaj je zatvoren oklocem 3, kojega možemo skdat na dolje. Koljenasto vratlo se demontra kod odgnutog kućšta na dolje. Kućšte se svojm stoama 4 rčvršćuje na noseć okvr stroja. U kućštu su ostavljen rostor 5 za smještaj oreme za uravljanje. Krutost kućšta ovećavaju uzdužna orečna rebra 6. Ulje za odmazvanje skulja se u uljnoj kad 7, koja mora dobro brtvt rema kućštu. Uljna kada nje nosv element konstrukcje, a je ne smjemo oterett. Kućšte s temeljnom ločom (slka.c) Ovakva zvedba kućšta otrebna je kod koljenasth mehanzama s kržnom glavom. emeljna loča je svojm stoama rčvršćena na temelj. U temeljnoj loč su stojeć ležaj 3 ostavljen na ljevanm orečnm stjenama 4. Ulje se skulja u donjem djelu 5 temeljne loče. Kućšte 6 odvojeno je od temeljne loče, a mjesto soja 7 zvod se nerousno za ulje. U gornjem djelu ostolja su otvor 8 rrubnce 9 0 za rčvršćvanje clndra brtvence staajce. Na ostolju su staze kržne glave. Postolje temeljna loča ojačan su rebrma. Ovakve se konstrukcje strojeva korste kod romjera clndara većh od 300 mm.

32 8 olnsk strojev uređaj Kućšte stroja se najčešće zrađuje ljevanjem, zavarvanjem l kombnacjom zavarene konstrukcje u kojoj su ojedn djelov ljevan. Clndar clndarska glava Zajedno s klom, clndar clndarska glava zatvaraju radn rostor stroja. Ovaj je rostor kod motora komresora hlađen, a kod um arnog stroja zolran. U clndru l clndarskoj glav su kanal za dovod odvod radnog medja, smještaj ventla, odmazvanje djelova. Na njh se ugrađuje ostala orema, kao što su svjećce, ventl za ubrzgavanje gorva, ventl za uućvanje, sgurnosn ventl td. Clndar clndarska glava oterećen su mehančk slama tlaka bočnom slom kla. Kod rblžnh roračuna, clndarska glava se može zamjent uetom ločom s jednolko rasodjeljenm oterećenjem, a košuljca clndra sa cjev u kojoj djeluje retlak. Kod tolnskh strojeva, zbog razlke temerature na unutarnjoj vanjskoj stjenc, dolaz do termčkh narezanja, koje je teško odredt, a koja su veoma značajna za ukuno oterećenje djelova. Kao materjal za zradu korst se vsokokvaltetn sv ljev, a kod malh strojeva lake legure. Za arne strojeve s temeraturama znad 400 C korst se čelčn ljev, a za komresore sa tlakom većm od 50 bara, čelk. Konstrukcjska zvedba ovs najvše o načnu hlađenja uravljanja ventlma. Strojev mogu bt zveden sa zračnm vodenm hlađenjem. Kod zračnog hlađenja, vanjsku ovršnu clndra clndarske glave treba ovećat omoću rebara. ako ostžemo dovoljne rjelaze tolne, kako se stjenka clndra ne b regrjala, čme b došlo do roblema sa odmazvanjem. Kod vodenog hlađenja oko clndra u clndarskoj glav ostavljaju se voden rostor kroz koje crkulra rashladna voda. Uravljanje ventlma kanal za dovod odvod radnog medja najčešće su smješten u clndarskoj glav. Izvedbe clndarske glave kod dvoradnh strojeva su vrlo komlcrane, zbog skučenog rostora za smještaj sve oreme, tako da se danas dvoradn strojev korste vrlo rjetko. Kod malh komresora clndar clndarska glava ljevaju se u jednom komadu. Kod malh motora su clndr već zveden u kućštu motora, a clndarska glava se zvod u jednom komadu za vše clndara. Kod velkh motora na ostolje se ostavlja srno kućšte s clndarskom košuljcom, a reko nje se rčvršćuje clndarska glava, ojednačna za svak clndar. Clndarska košuljca može bt s unom ovršnom l s rasorma (kod dvotaktnog motora). Rasor se zvode sa zaobljenm resjecma, kako b se zbjeglo udaranje klnog rstena u rub rasora. Klzna ovršna clndarske košuljce mora bt kvaltetno obrađena, a materjal za zradu clndarske košuljce, kla klnh rstenova moraju bt ažljvo odabran međusobno usklađen. Najogodnj materjal su lamelarn sv ljev, čelk lake legure. Adekvatn materjal za klne rstene, koj su manj koj se moraju lakše habat, je erltn sv ljev. Clndarska košuljca se kod većh motora zvod kao zmjenjva. Do habanja clndarske košuljce dolaz zbog korozje, abrazje čestcama koje nos sa sobom zarljan radn medj zbog lošh uvjeta odmazvanja r všm temeraturama. Kad je habanje rešlo dozvoljenu mjeru, košuljca se zmjenjuje. Klzna ovršna košuljce može se oboljšat tako da se dobje tvrd klzn sloj na elastčnoj odloz. o se zvod blo laserskm kaljenjem o zonama l tzv. "oroznm" kromranjem. Clndarske košuljce zrakom hlađenh strojeva maju rebra za hlađenje sa vanjske strane. Clndarske košuljce vodom hlađenh strojeva mogu bt "suhe" "mokre". Suhe clndarske košuljce su s vanjske strane u metalnom kontaktu s hlađenm kućštem stroja, tako da voda z rashladnog rostora ne dolaz u dodr s košuljcom. e se košuljce ugrađuju rešanjem l rmjenom soja sa navojem. Mokre clndarske košuljce su vanjskom stranom u drektnom dodru s rashladnom vodom. Po vrhu košuljce je rrubnca kojom se košuljca rteže zmeđu clndarske glave kućšta stroja. Ostal do košuljce može slobodno dlatrat. Za brtvljenje

33 Kln strojev 9 rashladnh rostora korste se gumene brtve z slkonske gume l bakren rsten. Na stjenc mokre košuljce koja je u dodru s rashladnom vodom dolaz zbog vbracja stjenke do kavtacje erozje materjala..5 HLAĐENJE I PODMAZIVANJE.5. Hlađenje Hlađenjem snzujemo temeraturu stjenk radnog rostora stroja. Ako s A označmo ovršnu, s k koefcjent konvektvnog rjelaza tolne s t snženje temerature, redan tolnsk tok će bt: Q & k A t (.5 ) h P h S P h označl smo snagu odvedenu hlađenjem. Da b ovaj tolnsk tok mogl odvodt z stroja, otreban je rashladn medj gustoće ρ, sa volumenskm rotokom V & h secfčnom tolnom c : Q & ρ V& c t (.6 ) h h h Rashladn medj se rtom zagrje za t h. Gubtke strujanja radnog medja okrvamo omoću um kod tekućna l ventlatorma kod zraka. Ako s η označmo korsnost ume l ventlatora, a s ad tlaka r strujanju, otrebna snaga ume l ventlatora će bt: P V& h η Q& h η ρ c t h (.7 ) Hlađenjem kod motora, uz t 400 C, smanjujemo termčka narezanja na dozvoljenu mjeru, usrkos tome što se odvod oko /3 tolne dovedene gorvom. Kod komresora se uz t 50 C ujedno smanjuje otrebna snaga za ogon, ovećava kaactet srečavaju ekslozje smjese zraka ulja za odmazvanje. Pošto hlađenje clndara nje dovoljno, korste se dodatno još osebn hladnjac radnog medja zmeđu ojednh stunjeva komresje. Kao rashladn medj korst se zrak voda. Njhove gustođe se odnose :800, a koefcjent relaza tolne :40, tako da ovršna za rjelaz tolne kod zraka mora bt odgovarajuće veća. Clndarske glave se redovto hlade, kao clndarske košuljce. Klov strojeva se hlade samo kod većh dmenzja clndra. Kod dzelmotora sa romjerom kla od 400 mm vše, klov se hlade uljem (max. temeratura 0 C). Hlađenje vodom Voda oko radnog rostora stroja rgušuje buku zazvanu romjenom tlaka radnog medja. Voda se rotv zaleđvanja štt dodavanjem glkola, a rotv korozvnog djelovanja dodavanjem secjalnh ulja. Kod malh strojeva korst se hlađenje vodom bez rmjene ume. o je evaoracjsko hlađenje, gdje se r atmosferskom tlaku stroju oduzma tolna za saravanje vode ( 50 kj/kg) termosfonsko hlađenje, gdje dolaz do sontane crkulacje rashladne vode zbog razlke u gustoć zagrjane ohlađene vode. Zagrjana voda struj na gore, a ohlađena voda na dolje. Hladnjak se ostavlja ored stroja tako da ne remet tu sontanu crkulacju vode. Kod većh snaga stroja s ntenzvnjm odavanjem tolne otrebno je rmjent rnudnu crkulacju rashladne vode, za što se korste ume. Rashladna voda se zvan stroja hlad u zmjenjvačma tolne voda-zrak l voda-voda. emeratura rashladne vode kod motora znos 80 C, a

34 30 olnsk strojev uređaj kod komresora 50 C. Zagrjavanje vode r rolazu kroz stroj je u grancama t5...0 C. Orjentacjska vrjednost za rotok rashladne vode kroz stroj je 75 l/kwh. Hlađenje zrakom Nsk koefcjent rjelaza tolne u uoredb s vodom zskuje ovećanje ovršna za rjelaz tolne, tako da se korste rebra na clndrma clndarskm glavama, kao skretn lmov za usmjervanje rashladnog zraka. Orjentacjska vrjednost za rotok zraka je V & h m 3 /kwh uz zagrjavanje od t h C kod motora t h 50 C kod komresora. Grančna snaga stroja do koje se danas korst hlađenje zrakom je oko 60kW, ošto trebna rashladna ovršna remašuje mogućnost orebrenja. Osm kod vozla, gdje se korst rrodna crkulacja zraka, za strujanje rashladnog zraka korst se jednosteen aksjaln ventlator, koj reko remena ogon dobva s koljenastog vratla. Pr brznama zraka od m/s r adu tlaka od mbar, otrebna snaga za ogon ventlatora je 3...4% snage stroja. Izmjenjvač tolne voda-zrak (radjatorsk hladnjac) Ov hladnjac služe da b rashladnu vodu motora ohladl zrakom. Korste se mnogo kod vozla. Uz uobčajene debljne aketa hladnjaka od mm brzne zraka od m/s ad tlaka znos mbar, a m hladnjaka renos MJ/h tolnskog toka. Za oboljšanje strujanja zraka dodaju se aksjaln ventlator. Obodna brzna na vrhu loatce ne relaz 0 m/s. Kolčna vode u rashladnom krugu V V, gdje je V H ukun staajn volumen stroja, tako da r otrlke 0 otoka na sat znos ( ) h H volumensk rotok znos V & ( ) V [m 3 /h], gdje je V H u [m 3 ]. h H.5. Podmazvanje Podmazvanje mehanzma Podmazvanjem mehanzma smanjujemo trenje na tarnm lohama odvodmo tolnu razvjenu trenjem. Ulje za odmazvanje dovodmo u leđaje koljenastog vratla, rgona ventla ostale ležaje. Podmazvanjem clndra staajca stvaramo tank nosv sloj ulja na ovršnama. aj sloj ma ulogu odmazvanja, čšćenja loha brtvljenja. Ulje se skulja r dnu stroja u uljnoj kad, z koje se ulje onovno uzma, fltrra, hlad omoću ume tlač u tlačn vod za onovnu rasodjelu ulja na ležajne ovršne. Ulje z ležaja sa stjenk sljeva se onovno u uljnu kadu. Podmazvanje clndra Kod klnog mehanzma, šrcanjem ulja sa djelova u gbanju, ulje se nanos na otkrvene stjenke clndra sod kla. Však ulja sastruže se omoću uljnh rstena na klu, r gbanju kla od GM rema DM. Kod stanh strojeva s kržnom glavom, ulje se ne može nanost rskanjem sa djelova koljenastog mehanzma a se dovd omoću osebnh um za odmazvanje clndara. Kod ovh sstema se za odmazvanje clndra kod motora korst secjalno ulje s adtvma rotv korozje. Kod komresora moramo za stroja odvajat ulje z komrmranog zraka, kako b dobl kvaltetn suh zrak. Izvedba odmazvanja Uz snagu mehančkh gubtaka P R, kaactet ume ulja & V u, gustoću ulja ρ u secfčnu tolnu c, odvedena tolna uljem znos:

35 Kln strojev 3 Q & V & ρ c t α P (.8 ) u u u u R q Sadržaj ulja u uljnoj kad je: P u e V u (.9 ) zu Udo odvedene tolne je α 0., zagrjavanje ulja je 30 C. Prosječn sadržaj ulja je q u.7l/kwh (P e - efektvna snaga stroja, z u - broj otoka ulja), a z u 0 h -. Kod većeg broja otoka ulja dolaz do jenjenja ulja. olna redana ulju & Q u najčešće se odvod reko orebrene stjenke uljne kade na zrak. Uobčajen sadržaj ulja kod malh strojeva je V u (...4)V H. Kod većh strojeva ulje se osebno hlad u hladnjaku ulja, gdje se r temeratur ulja od 0 C odvod kj/kwh, odnosno 8...% nazvne snage stroja. Potrošnja ulja kod motora, gdje do ulja zgara, znos 0.7 g/kwh kod manjh motora 0.4 g/kwh kod većh motora, koj maju osebno odmazvanje clndara. Puma ulja najčešće dobva ogon od koljenastog vratla. o je občno zučasta uma s 0 do 0 zub. Kod velkh strojeva korst se vjčana uma ogonjena elektromotorom. Brzna strujanja ulja u razvodnm kanalma znos... m/s. lak ulja za ume je 5...0bar. Vskoztet ulja je u odručju mm /s. očka ualjvanja kod ulja za komresore mora bt znad 00 C. Komresorska ulja osm toga moraju bt teško sarljva, da se srječe ekslozje smjese zraka uljnh ara.

36 3 olnsk strojev uređaj.6 KOLJENASI MEHANIZAM Koljenast mehanzam (slka.3) retvara translacjsko osclatorno gbanje kla s osovncom B reko ojnce u rotrajuće gbanje koljenastog vratla 3, l obrnuto. Njegova zadaća je rjenos energje (tada ga nazvamo ogonsk mehanzam), l uravljanje, kada ma osebne zvedbe. Koljenast mehanzam se korst u klnm strojevma, rešama, hdraulčkm neumatskm strojevma. Slka.3 Izvedbe koljenastoga mehanzma Izvedbe koljenastog mehanzma Stan mehanzam (slka.3a) s kržnom glavom korst se kod strojeva sa snagama <800 kw o clndru brznama vrtnje <7 s - (000 mn - ). Djelov stanog mehanzma su sta, staajca 5, kržna glava 4, ojnca koljenasto vratlo 3. Kln mehanzam (slka.3c) korst se do snaga <40 kw o clndru brzna vrtnje <67 s - (0000 mn - ). Posebne zvedbe koljenastog mehanzma su ekscentar (slka.3e) za uravljanja krvuljn mehanzam (slka.3d) kakav se korst kod komresora za male kućne hladnjake.

37 Kln strojev 33 DM GM DM GM DM GM Kružnca Pravac GM Slka.4 Knematka koljenastoga mehanzma.6. Knematka koljenastog mehanzma Dmenzje koljenastog mehanzma (slka.4) zadane su radusom koljena r dužnom ojnce l, l staajem s r faktorom koljenastog mehanzma λ r / l. Staaj je hod kla zmeđu mrtvh točaka (krajnjh točaka utanje). Razlkujemo gornju mrtvu točku (GM) koja je udaljenja donju mrtvu točku (DM), koja je blža koljenastom vratlu. Hod kla x određen je geometrjskm dmenzjama r l kutevma koljena ϕ ojnce β. Kutev se mjere od oložaja kada je kl u GM, kada točke B, K M leže na stom ravcu. Za jedan okretaj u vremenu, tj. za kut okretanja koljenastog vratla od ϕ π r konstantnoj kružnoj brzn ω π/, brzna vrtnje n je: ω π n (.30 ) Srednja klna brzna c m je: s c m sn (.3 ) Brzna kojom koljeno osuje kružncu je v z : v z ω r π ns (.3 ) Ubrzanje na koljenu je a z : a rω vzω z (.33 ) Hod, brzna ubrzanje kod koljenastog mehanzma maju erodu /n, njhov vektor su

38 34 olnsk strojev uređaj usmjeren duž os mehanzma oztvn su ako djeluju od B rema M..6.. Hod kla Prema slc. uz λ r / l snβ λ snϕ (snusov oučak na trokutu BKM) dobvamo: cos β sn β λ sn ϕ (.34 ) x r( cosϕ) + l( cos β ) r cosϕ + ( λ ϕ ) sn (.35 ) λ Ako zraz od korjenom razvjemo o aylor-ovom nzu, dobvamo: 3 5 λ λ 4 λ 6 x r cosϕ + sn ϕ + sn ϕ + sn ϕ +... (.36 ) 8 6 Kako je λ<0 4 (uobčajene vrjednost ), vše otencje od λ se mogu zanemart, l se korst aroksmacja: a a za a << (.37 ) a dobvamo rblžn zraz za hod kla: λ x k r cosϕ + sn ϕ (.38 ) ( cosϕ) x ks r za λ 0 (.39 ) Jednadžba (.39) odnos se na slučaj λ0, tj. kod beskonačno duge ojnce (odn. kod kulsnog mehanzma). akav se mehanzam nazva još harmonjsk mehanzam.6.. Brzna kla Brzna kla uz ω dϕ / dt će bt: ( ϕ + β ) dx dx sn λ sn ϕ v ω rω rω snϕ + (.40 ) dt dϕ cos β λ sn ϕ Prblžne vrjednost brzne, dobvene dervranjem jednadžbe (.7) (.8) su: λ v k rω sn ϕ + sn ϕ (.4 ) v ks rω snϕ za λ 0 (.4 )

39 Kln strojev Ubrzanje kla Ubrzanje kla dobt ćemo dervranjem brzne kla o vremenu: 4 dv dv cos( ϕ + β ) sn β cos ϕ dω ϕ λ ϕ dω a ω rω v rω cos + sn ϕ λ + + cos + + v 3 dt dϕ cos β snϕ cos β dϕ 3 ( λ ϕ) dϕ sn (.43 ) Uz konstantnu brznu vrtnje (ω const) ϕ ω t ubrzanje kla je: 4 ( ) ( ) dv dv cos ϕ + β sn β cos ϕ cos ϕ + λ sn ϕ a ω rω + rω cosϕ + λ (.44 ) 3 dt dϕ cos β snϕ cos β 3 λ sn ϕ Dervranjem rblžnh jednadžb za brznu kla dobvamo: ( cosϕ + λ cos ϕ) a k rω (.45 ) a rω ks cosϕ za λ 0 (.46 ) Na slc.4 rkazana je romjena ubrzanja sa kutem koljena ϕ. Vrjednost ubrzanja kada je kl u mrtvm točkama su: a GM ( ) k, rω + λ (.47 ) a DM ( ) k, rω λ (.48 ) Za λ >0 5 krvulja ubrzanja ma dva mnmuma koj su smetrčno ostavljen obzrom na DM. Prmjenom rblžnh jednadžb nastaju greške. Velčna maksmalne greške u ovsnost o λ rkazana je u tablc.6. ablca.6. Velčna greške rmjenom rblžnh jednadžb λ x % od r v % od rω a % od rω U tablc.6.. rkazan je odnos k ubrzanja rω u odnosu na ubrzanje Zemljne gravtacje.

40 36 olnsk strojev uređaj k rω g (.49 ) Uz uvjet da je srednja klna brzna c m konstantna: c m sn 4rn (.50 ) ω π n (.5 ) cm rω r( π n) ( π ) n cmπ n (.5 ) 4 k rω cm π n (.53 ) g g ablca.6.. Odnos k ubrzanja rω rema ubrzanju Zemljne gravtacje: n mn c m 6 m/s c m 8 m/s c m 0 m/s c m m/s Dnamka koljenastog mehanzma Pr radu koljenastog mehanzma javljaju se erodčk romjenljve sle (sle tlaka radnog medja, nercjalne sle, sle trenja). Sle tlaka radnog medja ovse o radnom rocesu, njegovoj erod a /n, tlaku radnog medja ovršn kla na koju djeluje tlak. Vrjednost n a n / kod četverotaktnog motora, nače je n a n. Ove sle se renose kroz koljenast mehanzam kućšte stroja na ležaj koljenastog vratla, gdje se uravnotežuju. angencjalna sla na koljenu određuje trenutnu vrjednost zakretnog momenta na koljenu (slka.3a). Inercjalne sle, koje nazvamo slobodne sle, roorconalne su kvadratu brzne vrtnje. One maju erodu /n. Inercjalne sle se javljaju samo na okretnm djelovma motora, ne uravnotežuju se same od sebe utem kućšta motora renose se na temelj okolnu, uzrokujuć vbracje. Bez obzra što je vremensk rosječna vrjednost th sla jednaka nul, one uravo zbog zazvanja vbracje stroja maju velk značaj. Sle težne djelova se raktčk mogu zanemart kod velkh brzna vrtnje mehanzma. Sle trenja ovse o mnogm utjecajma, nar. radnom tlaku, masama djelova mehanzma, ležajevma njhovom stanju, obrad odmazvanju. Njh možemo odredt uglavnom utem mjerenja..6.. Sle tlaka radnog medja Radn medj djeluje svojm tlakom na stjenke rostora u kojemu je zatvoren. o su stjenke clndra, clndarska glava čelo kla. Sla kojom djeluje tlak na ovršnu čela kla A k u smjeru os clndra je (slka.b): ( ) A k F 0 (.54 )

41 Kln strojev 37 gdje je 0 atmosfersk tlak zraka (u rostoru sod kla). Ova sla se utem osovnce kla, l utem staajce kržne glave, renos na ojncu dalje na koljeno. Jednaka tolka sla djeluje na okloac clndra (clndarsku glavu) reko kućšta se renaša na glavn ležaj koljenastog vratla. Kod dvoradnh strojeva, gdje je radn medj znad sod kla, (slka.3a) tlak djeluje na stranu kla okrenutu oklocu clndra PC na stranu kla okrenutu koljenastom vratlu KV. e sle su: F A (.55 ) PC PC PC F KV KV KV KV ( A A ) A (.56 ) PC St tako da je ukuna sla od tlaka radnog medja na kl: ( PC KV ) A PC + ( KV ) A St F 0 (.57 ).6.. Inercjske sle Kod osclatornog translatornog rotacjskog gbanja translatornh masa m r rotacjskh masa m Ro mehanzma javljaju se nercjske sle: F, mr a (.58 ) r FRo (.59 ), mro rω Slka.5 Ubrzanje kla nercjske sle kod klnog mehanzma Osclrajuće nercjalne sle (slka.4) javljaju se kao reakcja na ubrzanje translatornh masa koljenastog mehanzma. One su erodčkog karaktera ovsno o množocu kuta ϕ nazvamo h nercjalnm slama I, II, III, IV... reda. Redov harmonka dobvaju se Fourerovom analzom. Prmjena te analze na jednadžbu ubrzanja kla dat će nam nz: λ 5λ λ 3λ 9λ a rω cosϕ + λ cos ϕ cos 4ϕ cos 6ϕ ± (.60 )

42 38 olnsk strojev uređaj n k ( λ) a rω f cos kϕ (.70 ) tako da rezultrajuću nercjalnu slu dobvamo harmonjskom sntezom harmonka: F r n k ( λ), mr a mr rω f cos kϕ (.7 ) FI mr rω cosϕ (.7 ) 3 5 λ 5λ F ω λ... cos ϕ 4 8 II mr r (.73 ) 3 5 λ 3λ F ω... cos 4ϕ 4 8 IV mr r + + (.74 ) 9λ 5 F ω... cos6ϕ 8 VI mr r + (.75 ) U gornjm jednadžbama su ekslctno rkazane jednadžbe translatornh nercjalnh sla I, II, IV VI reda. Ove erodčke sle djeluju duž smetrale koljenastog mehanzma surotnog su smjera od vektora ubrzanja translatornh masa. Ove su sle oztvne kada su usmjerene od koljenastog vratla rema klu. Ako se zanemare vše otencje od λ, možemo dobt rblžne zraze za glavne harmonke nercjalne osclrajuće sle: F, F + F (.76 ) r I II FI mr rω cosϕ (.77 ) F II λ m rω cos ϕ (.78 ) r Greška rmjenom ovh rblžnh jednadžb je manja od.45% za λ0.3. S točnm vrjednostma otrebno je računat kada se rad o rezonancj kod slabo rgušenh osclatornh sustava. Amltude, tj. duljne vektora nercjalnh sla koj rotraju s kutevma ϕ ϕ su: PI mr rω (.79 ) P II λ PI λmr rω (.80 ) Projekcje th vektora na smetralu koljenastog mehanzma redstavljaju nercjalne sle: F I P I cosϕ (.8 ) F cos ϕ (.8 ) II P II Ekstrem ovh vrjednost su ±P I r ϕ 0 ϕ π, tj u GM DM. Sla F II ma ekstreme ±P II r

43 Kln strojev 39 ϕ0, π/, π, 3π/ π. Inercjalne sle rotrajućh masa su sle redstavljene vektorom: FRo, mro rω (.83 ) Slka.6 Susttucja ojnce koljena koncenrranm masama koj ma smjer kuta koljena ϕ. Komonenta te sle duž os koljenastog mehanzma je F F Ro, cosϕ, a komonenta okomta na os koljenastog mehanzma je F F Ro, snϕ. Uravnoteženje ovh sla (slka.6b) se vrš omoću rotuutega na koljenma, nasurot rukavcu koljena. Potrebna masa rotuutega s težštem u točk S Pr na radusu r Pr je (za slučaj kada svak koljenast mehanzam zasebno uravnotežujemo): m Pr mro r (.84 ) r Pr Kako b mogl zračunat nercjalne sle otrebno je odredt translacjske rotrajuće mase koljenastog mehanzma. Osm ojnce, sve reostale mase zvode strogo samo translatorno l rotacjsko gbanje. Ojnca se gba translatorno u točk A rotacjsk u točk B (slka.6a). Ojnca se gba u ravnn koljenastog mehanzma jednog clndra. Ojncu rastavljamo u sustav dvje točkaste mase jednog momenta nercje, koj će zajedno moć dnamčk zamjent ojncu. Postavljamo sljedeće jednadžbe: m oj ma, oj + mb, oj očuvanje mase ojnce (.85 ) m, a m b očuvanje oložaja težšta (.86 ) A oj B, oj J oj J B, oj + ma, oj a + mb, oj b očuvanje momenta nercje (.87 ) Iz gornje tr jednadžbe moramo rješt tr neoznance: m A,oj, m B,oj J B,oj. Ulazne velčne m oj, a, b, l J oj mogu se odredt mjerenjem. Masa ojnce m oj oložaj težšta mogu se odredt vaganjem. Moment nercje ojnce J oj može se odredt z okusa njhanja (slka X.X) r oznatoj mas ojnce oložaju težšta. Ojnca se ovjes rema slc mjer se eroda njhanja. Za udaljenost težšta a, moment nercje ojnce će bt:

44 40 olnsk strojev uređaj J moj ga (.88 ) 4π A, oj a moment nercje ojnce u težštu je: J oj J (.89 ) A, oj moj a m A oj mb, oj Rješavanjem sustava jednadžb dobjamo: b, z jednadžbe (.85) (.90 ) a b a + b l z jednadžbe (.86) (.9 ) a a a m oj mb, oj + mb, oj mb, oj mb, oj a m B, oj moj l (.9 ) b m A, oj moj l (.93 ) J oj ba ab J B, oj + moj + moj z jednadžbe (.87) (.94 ) l l ab J oj J B, oj + ( a + b) moj J B, oj + abmoj (.95 ) l Uz zahtjev da je J B,oj 0 dobvamo: J, J abm 0 (.96 ) B oj oj oj J oj moj (.97 ) ab Ojnce brzohodnh strojeva su občno zvedene tako da je: m A m 3, oj oj oj oj m B, m J B, oj 0 (.98 ) 3 Za ojednostavnjenje roračuna rotuutega ramena koljena (slka.6b) s masom m Ko težštem S Ko na udaljenost r Ko od os koljenastog vratla, neuravnotežene mase koljena reducraju se na radus r uz uvjet očuvanja nercjalne sle: r m Ko, red mko (.99 ) r Ko Ukune translacjske mase su mase kla m K, staajce m St, kržne glave m KG translacjska masa

45 Kln strojev 4 ojnce m A,oj : m r m K + mst + mkg + ma, oj (.00 ) Ukune rotrajuće mase čne rotrajuća masa ojnce m B,oj reducrana masa koljena m Ko,red : m Ro mb, oj + mko, red (.0 ).6..3 Ukune rezultrajuće sle Rezultrajuće lnske nercjalne sle F F r, maju erodu /n a. Ove sle renose se utem ogonskog mehanzma kućšta (okloac clndra, clndarska košuljca, kućšte stroja), vd slku.7. A C B Slka.7 Sle u koljenastom mehanzmu U os kla djeluje ukuna sla na klu (slka.7a): F K F + Fr, (.0 ) Smjer sle od A rema C smatra se oztvnm. Rad jednostavnost uzma se da na klu djeluje ukuna nercjalna sla translatornh masa F r,, dok se sle trenja gravtacjske sle zanemaruju. Njhova romjena, osebno ekstremne vrjednost, ovse o radnom rocesu, brzn vrtnje odnosu F r,,max /F,max. Nultočke leže r F F r,. Rastavljanje sla na osovnc kla l na kržnoj glav vrš se tako da se ukuna sla na kl F K rastavlja na slu u ojnc F oj na slu okomtu na stjenku clndra F N. F cos β (.03 ) oj F K F tan β (.04 ) N F K

46 4 olnsk strojev uređaj Nultočke (slka.8a): za F K 0 je F oj F N 0, ored toga je F N 0 r β0, π Sla u ojnc se renos na rukavac koljena tu se rastavlja na radjalnu slu F R u smjeru koljena na tangencjalnu slu F r okomto na koljeno. Prema jednadžbama (.03) (.04) je: ( ϕ β ) sn + F F K (.05 ) cos β ( ϕ β ) cos + F R F K (.06 ) cos β Poztvna vrjednost tangencjalne sle je u smjeru vrtnje koljenastog vratla. Promjena momenta M v F r djeluje na romjene kružne brzne koljenastog vratla, koje treba umrt ovećanjem momenta nercje rotrajućh masa (nar. dodavanjem zamašnjaka). Nultočke leže r F K 0 r ϕ0, π, π tj. r β0. o su oložaj gornje donje mrtve točke (GM DM) u kojma stroj ne može krenut sam od sebe. očke u kojma je F r, 0, odnosno F K F (slka.8b), koje leže na ϕ76.45 ϕ83.5 za λ/3.8) ne ovse o brzn vrtnje. O brzn vrtnje ne ovs n srednja vrjednost zakretnog momenta, ošto je srednja vrjednost nercjalnh sla, a tme tangencjalne sle od nercjalnh sla, jednaka nul. Kućšte reuzma sle mehanzma. Na clndarsku glavu djeluje sla F, a na stjenku clndra l staze kržne glave sla F N. M Moment sla na koljenastom vratlu ma kao rotutežu moment sla koje djeluju na kućštu stroja: F r F c (.07 ) v N aj će se moment renjet na odlogu utem temeljnh vjaka. Po os clndra djeluje sla F na oklocu surotno sl F K. Da b sstem bo u ravnotež, temelj stroja mora reuzet ostatak, tj. nercjalne sle F r,. o važ za sle trenja sle gravtacje Sle u djelovma mehanzma Iako r vsokm brznama vrtnje nercjalne sle rasterećuju mehanzam od djelovanja sla tlaka radnog medja u oložaju GM, u oložaju DM, kada su sle tlaka lnova občno male, one značajno oterećuju mehanzam. Porad toga otrebno je zvršt analzu međusobnog oterećenja djelova mehanzma (slka.7c). Na osovncu kla djeluju sle F, F N (rema jedn..04) F r,,k m K F r, /m r, r čemu je m K masa kla. Njhova rezultanta je sla kojom kl oterećuje osovncu kla: ( F F ) F F + (.08 ) os. k r,, K N U mrtvm točkama je ϕβ0, odn. ϕπ β0, dakle F N 0 (rema jedn.,04). U GM je F os.k F - m K rω (+λ), odnosno u DM, kada je F 0, F os.k m K r ω (-λ). Na gornjoj stran ojnce (u maloj esnc) djeluju sle +F os.k F r, F r,,k +F r,oj će bt: F r,,oj m A,oj F r, /m r. Uz

47 Kln strojev 43 F F F + F (.09 ) A, oj oj K N U mrtvm točkama, kada je F N 0, bt će F A,oj - F K. U GM je F A,oj m K r ω (+λ) -F s, a u DM će bt F A,oj -m K r ω (-λ). Velka esnca ojnce ored sle F oj, odnosno F F R, reuzma nercjalnu slu rotrajućh masa ojnce F B,oj m B,oj r ω. Prema tome za slu oterećenja na rukavcu koljena dobvamo: F RK ( F F ) F + (.0 ) R B, oj Slka.8 Promjena sla momenta za dvotaktn motor a) sle r 4500 mn -, b) moment r razlčtm brznama vrtnje Kut γ zmeđu oztvnog smjera sle oterećenja smjera ojnce zračunva se o jednadžb: π γ ( ϕ + β ) F + arctg B, oj F oj F cos ( ϕ + β ) (. ) Ovdje je u mrtvm točkama F 0 F R F K rema jednadžbama (.05) (.06). Prema tome u oložaju GM je: F RK ( + λ) m r F F F m r (. ) R B, oj r ω B, oj ω a u oložaju DM, kada je F 0, dobvamo:

48 44 olnsk strojev uređaj F ( + λ) m r m rω ω (.3 ) RK r + B, oj Sla kojom ojnca djeluje na rukavac koljena F RK, zajedno s centrfugalnom slom koljena F R,ko tvor ukuno oterećenje na glavn ležaj koljenastog vratla. a sla je F GL : FR, ko mko, red rω (.4 ) GL [ F + F F ( + )] F F ϕ β + (.5 ) R, ko B, oj oj cos Kut α koj sla oterećenja glavnog ležaja čn rema os clndra (smetral mehanzma) je: α ϕ + arctg F + F F F R, ko B, oj oj cos ( ϕ + β ) (.6 ) Sla oterećenja glavnog ležaja za mehanzam u oložajma GM DM će bt: [ m ( + λ) m ] rω FGL F + r + Ro u oložaju GM F GL [ m ( λ) m ] rω u oložaju DM r Ro (.7 ) Sla oterećenja glavnog ležaja se kod većne koljena djel na bočne ležajeve koljenastog vratla. Kod strojeva s vše koljena se na glavnom ležaju sueronraju sle oterećenja z koljenasth mehanzama koj su neosredn susjed romatranom glavnom ležaju Uravnotežvanje nercjalnh sla koljenastog mehanzma Rezultrajuće nercjalne sle neuravnoteženog koljenastog mehanzma su centrfugalna sla F Ro nercjalne sle F r,,i F r,,ii : F Ro mro rω (.8 ) F F P cosϕ m ω cosϕ (.9 ) r,, I I r r P cos ϕ λm ω cos ϕ (.0 ) r,, II II r r Sve se te sle reko mehanzma renose na glavn ležaj dalje na kućšte stroja okolš. Na slc.9 rkazan je olarn djagram djelovanja th sla za koljenast mehanzam jednog clndra. Centrfugalna sla F Ro je uvjek usmjerena u ravcu koljena. Pr konstantnoj brzn vrtnje, njena je vrjednost konstantna. u je slu najlakše uravnotežt rmjenom rotuutega. F R mro rω mpr rprω (. ) m Pr mro r (. ) r Pr

49 Kln strojev 45 Prmjenom ovakvog rotuutega uravnotežl smo centrfugalne sle rotrajućh masa, al nsmo uravnotežl nercjalne sle tranlatornh masa. Da b bar djelmčno urvnotežl nercjalne sle translatornh masa, može se ovećat masa rotuutega o jednadžb: m Pr r ( mro + αmr ) (.3 ) r Pr gdje je α Slka.9 Uravnoteženje koljenastoga mehanzma rmjenom rotuutega na koljenu Na slc.9 rkazan je olarn djagram oterećenja glavnog ležaja nercjalnm slama u glavnom ležaju za nz slučajeva s razlčtm vrjednostma α. Na slc.9a rkazan je olarn djagram za slučaj kada ne korstmo nkakav rotuuteg. Na slc.9b rkaza je slučaj kada je uotrebljen rotuuteg samo za centrfugalnu slu, tj: uz α0. Na slc.9c rkazan je olarn djagram za slučaj gdje je masa rotuutega ovećana, tj uz α0.3. Na slc.9 rkazan su samo olarn djagram oterećenja glavnog ležaja nercjalnm slama za razlčte vrjednost od α. Iz rkazanh slka očto je da se rmjenom samo rotuutega na koljenu mogu samo djelmčno uravnotežt nercjalne sle oterećenje glavnog ležaja. Otmalna vrjednost za α je ona kada je maksmalna vrjednost rezultrajuće sle oterećenja glavnog ležaja najmanja. Rezultrajuća sla za oć oložaj koljena je: FGL,, x αmr rω snϕ (.4 ) F [( α ) cosϕ λ cos ϕ] m rω (.5 ) GL,, y + r [( α ) cosϕ λ cos ϕ] F GL, FGL,, x + FGL,, y mr rω α sn ϕ + + (.6 ) Maksmalna vrjednost sle oterećenja ležaja r zadanoj brzn vrtnje bt će r maksmalnoj vrjednost funkcje od korjenom. raženjem uvjeta za maksmum dobvamo: [( α ) cosϕ + λ cos ϕ ]( [ α ) snϕ + λ sn ϕ ] 0 α sn ϕ (.7 )

50 46 olnsk strojev uređaj Občno je velčna sle oterećenja najveća u oložaju GM r ϕ 0. ada je velčna sle oterećenja: F ( α λ) m r, ω (.8 ) GL + r Povećavanjem vrjednost α na vrjednost 0.55 do ostže se mnmalna vrjednost sle oterećenja ležaja. Čm komonenta sle u smjeru os x ostane značajnja ovećanjem vrjednost α, naglo se očnje ovećavat maksmalna sla oterećenja. U tablc su dat odac za otmalne vrjednost od α u ovsnost o omjeru mehanzma λ. ablca: Otmalne vrjednost koefcjenta α za razlčte vrjednost omjera λ. λ α Najčešće se ne korste ovako vsoke vrjednost za α jer se u obzr uzma oterećenje glavnog ležaja od sla tlaka lnova. Iz th razloga se najčešće se usvaja α akvm uravnoteženjem smo samo malm djelom uravnotežl nercjalne sle translatornh masa. Njh je teško uravnotežt takvm rotuutegom jer centrfugalna sla rotuutega djeluje surotno smjeru koljena oložaj joj ovs o oložaju koljena, dok nercjalne sle translatornh masa djeluju samo duž os clndra Uravnoteženje Lancasterovm rotuutezma Za uravnoteženje nercjalnh sla translatornh masa može se umjesto jednog rotuutega korstt ar rotuutega koj će se vrtt u surotnm smjerovma, kao na slc.0, jednakm kružnm brznama. Centrfugalne sle svakog rotuutega su međusobno jednake o velčn. Rezultanta th dvju sla djeluje uvjek duž os smetrje za taj ar rotuutega mjenja se o velčn smjeru, ovsno o oložaju rotuutega. akve rotuutege nazvamo Lancaster-ovm rotuutezma. Jedan ar takvh rotuutega korstt ćemo za uravnotežvanje nercjalne sle translatornh masa. reda, a drug ar za uravnotežvanje nercjalnh sla translatornh masa. reda. Načn ostavljanja th rotuutega rkazan je na slc.0. Potrebno je naomenut da se rmjenom Lancasterovh rotuutega ne smanjuje oterećenje glavnog ležaja, već se samo smanjuje sla koja će se s kućšta stroja renjet na okolnu. Slka.0 Lancasterov rotuutez

51 Kln strojev 47 Na slc.0 rkazan je načn djelovanja Lancaster-ovh rotuutega. Utez rotraju u surotnm smjerovma smetrčno obzrom na smetralu obje kružnce. Kako su utez međusobno jednak, na njh će djelovat jednake centrfugalne sle F c, koje rastavljamo na komonente F cx F cy. Komonente F cx djeluju na stom ravcu, surotnog su smjera međusobno se onštavaju. Komonente F cy će dat rezultantu R. Rezultanta će uvjek djelovat duž smetrale, samo će mjenjat svoj smjer velčnu: R F F cosϕ m Pr r Pr ω cosϕ (.9 ) cy c Rasored rotuutega za uravnoteženje koljenastog mehanzma rkazan je na slc. za oložaj koljena u GM. Pomoću rotuutega mase m uravnotežt ćemo centrfugalne sle rotrajućh masa: Slka. Uravnotežen koljenast mehanzam za jedan clndar r m mro (.30 ) r gdje je m Ro masa djelova koj zvode rotacjsko gbanje o kružnc radusa r, dok je r radus težšta rotuutega. Pomoću rvog ara rotuutega, koj rotra kružnom brznom ω uravnotežt ćemo nercjalne sle translatornh masa. reda: F m rω cosϕ m r ω cosϕ (.3 ) r,, I r

52 48 olnsk strojev uređaj r m m (.3 ) r r Pomoću drugog ara rotuutega, koj rotra kružnom brznom ω, uravnotežt ćemo nercjalne sle.reda za translatorne mase: ( ω ) cos ϕ F m λrω cos ϕ m r (.33 ) r,, r m λr m (.34 ) r 8r Pomoću ovakvog sstema uravnoteženja ostgnuto je najbolje moguće uravnoteženje nercjalnh sla. Kako smo u razvoju ovh jednadžb korstl rblžne jednadžbe za ubrzanje translatornh masa, neuravnotežen do nercjalnh sla bt će roorconalan odstuanju rblžne jednadžbe ubrzanja (.44) od točne jednadžbe (.45)..7 DINAMIKA KLIPNIH SROJEVA U oglavlju.6 obrađena je dnamka koljenastog mehanzma jednog clndra. Kln strojev maju občno vše clndara, tako da je otrebno sagledat utjecaje ojednh koljenasth mehanzama na dnamku cjelog stroja..7. Djagram tangencjalnh sla za všeclndrčn stroj Pr određvanju djagrama tangencjalnh sla všeclndrčnog stroja, moramo uzet u obzr taktnost radnog rocesa, redosljed događanja (redosljed aljenja), zvedbu stroja (rasored clndara) td. Na slc. dat je rmjer za djagram tangencjalnh sla za stroj sastavljen z jednog vše sth clndara, r razlčtm rasoredma clndara. Kod všeclndrčnh strojeva nastojmo da je rasored događaja o ojednm clndrma, tjekom jedne erode rocesa što ravnomjernj. ežnja je konstruktora da z rocesa koj rezultra jakm romjenama momenta, na sojc koljenastog vratla dobje što ujednačenj moment, tj. da su amltude osclacja moenta oko srednje vrjednost čm manje. me se smanjuje dnamčko oterećenje vratla koja sudjeluju u rjenosu snage do ostalh strojeva. Utjecaj nercjalnh lnskh sla se često romatra odvojeno, (lnske sle ovse o oterećenju stroja, nercjalne sle o brzn vrtnje). Srednja vrjednost momenta od lnskh sla je razlčta od nule, dok je srednja vrjednost momenta od lnskh sla jednaka nul..7. Inercjalne sle njhov moment Neuravnotežene nercjalne sle njhov moment zazvaju vbracje stroja erodčko oterećenje djelova, tako da dornose zamoru materjala štetama na djelovma. Već velk sorohodn strojev s brznama vrtnje od 60, 90 do 50 mn -, usrkos maloj kružnoj brzn, zbog velkh translatornh masa dovode do značajnh obudnh sla. Za što mrnj rad stroja otrebno je da već u samome stroju o mogućnost čm bolje uravnotežmo te sle l da smanjmo njhove amltude. Kako se amltude všh harmonka nercjalnh sla veoma brzo umanjuju, za daljnje razmatranje uzet ćemo u obzr samo rva dva harmonka nercjalnh sla.

53 Kln strojev Strojev s rasoredom clndara u lnjskoj zvedb Kod lnjske zvedbe strojeva, kod svakog od koljenasth mehanzama javljaju se rotacone osclatorne nercjalne sle I II reda: F Ro mro rω (.35 ) F P cosϕ m ω cosϕ (.36 ) r,, I I r r Slka. Djagram tangencjalnh sla za razlčte klne strojeve s vše clndara a) stroj s clndrom, b) 4 stroj s clndra razmakom koljena od 360 o, c) 4 stroj s clndra razmakom koljena od 80 o, d) 4 stroj s 3 clndra razmakom koljena 0 o, e) 4stroj s 4 clndra razmakom koljena 80 o, f) 4 stroj s 5 clndara razmakom koljena 7 o, g) 4 stroj s 6 clndara razmakom koljena 0 o, h) 4 stroj s 8 clndara razmakom koljena 90 o, ) V zvedba stroja s clndra, k) V zvedba stroja s 4 clndra razmakom koljena 80 o, l) V zvedba stroja s 4 clndra razmakom koljena 360 o, m) V stroj s 6 clndara razmakom koljena 0 o

54 50 olnsk strojev uređaj F P cos ϕ λm ω cos ϕ (.37 ) r,, II II r r Pomoću P I P II označene su amltude vektora nercjalnh sla translatornh masa, za jedan clndar. Njhova rezultanta ma, ovsno o kutu koljena rasoredu koljena, razlčtu velčnu smjer. Čak kada u cjeln jednog stroja gledamo ojednačne sle, kada h svodmo na težšnu ravnnu stroja, zbog aralelnog omaka javlja se njhov moment u odnosu na težšte sstema stroja. Položaj težšne ravnne Motor najčešće maju smetrčno zvedena koljenasta vratla obzrom na ravnnu orečno na os koljenastog vratla na olovc njegove aktvne dužne. Uzdužn razmak među koljenma je najčešće jednak (kao razmak clndara koj su vezan na ta koljena). Kod koljenastog vratla s arnm brojem clndara, težšna ravnna R će adat zmeđu dva koljena. Kod koljenastog vratla s nearnm brojem koljena, težšna ravnna će adat na koljeno. Ukolko se rad o razlčtom razmaku zmeđu clndara (nar. všesteen komresor l motor s odjeljenm koljenastm vratlom), l kod strojeva s razlčtm masama dmenzjama koljenastog mehanzma, oložaj težšne ravnne treba ažljvo odredt. Pr određvanju oložaja težšne ravnne olazmo od referentnog oložaja (občno se odabre os rvog clndra). Položaj težšne ravnne može se odredt omoću jednadžbe: x n k n ( x m ) k k m k k (.38 ) gdje je m k masa koljenastog mehanzma. Občno se uzma samo masa translatornh djelova, rjeđe rotrajućh djelova. Ovsno o zvedb stroja, oložaj težšne ravnne za rotorajuće translatorne mase može bt razlčt. Slka.3 Određvanje oložaja težšne ravnne koljenastog mehanzma s vše clndara

55 Kln strojev 5 Paralelno omcanje sla Slu F dounjujemo sa arom sla F' F", te jednm momentom M, koj će odgovarat sregu sla F F". Na taj načn omčemo u težšnu ravnnu sve sle ojednh koljenasth mehanzama, tako da u težšnoj ravnn sada djeluju sve sle njhov moment. Za oztvn smjer momenta uzmamo vektor momenta o ravlu desne ruke. Rasored koljena Koljena se broje kao clndr, ovsno o normama koje korstmo u označavanju. Občno je to očev od clndra najblžeg sojc stroja, kojega označavamo brojem. Kada gledamo duž os koljenastog vratla, vdmo tzv. zvjezdu koljena, odnosno ravnomjern rasored koljena o osegu osane kružnce. Rasored koljena određuje oložaje vektora nercjalnh sla od rotrajućh masa nercjalnh sla translatornh masa. reda. Zvjezda koljena. reda, koju dobjamo tako da se kut koljena u odnosu na oložaj GM udvostručuje, određuje smjerove vektora sla. reda. Amltude vektora nercjalnh sla P I P II, datog reda, maju r konstantnoj brzn vrtnje konstantnu dužnu. Stvarne trenutne vektore nercjalnh sla dobt ćemo rojcranjem th vektora na os clndra. Smjerove vektora momenata određuje sto tako oložaj koljena njhov rasored. Amltude vektora momenata.. reda označavamo s: DI PI a DII PII a (.39 ) gdje je a udaljenost hvatšta sle od težšne ravnne. Koljena se kod všeclndrčnog stroja rasoređuju jednolko o trajanju jedne erode rocesa stroja. Na taj se načn dobja najmanja romjena momenta tjekom jedne erode rocesa, čme se smanjuje dnamčko oterećenje djelova. Svak clndar motora vezan je na jedno koljeno koljenastog vratla. Kod lnjske zvedbe motora (s rasoredom clndara u lnj) svak clndar je vezan na svoje koljeno. Kod V motora dva nasurotna clndra vezan su na sto koljeno. Rasored koljena o osegu osane kružnce koljenastog vratla određuje redosljed aljenja kod motora. Rasored koljena je ujednačen tako da su koljena jednako rasodjeljena o osegu kružnce. Kut razmaka aljenja kod motora je: πτ α (.40 ) z gdje je τ taktnost stroja (4 za četverotaktn, za dvotaktn stroj) z je broj clndara. Poseban roblem redstavlja sam rasored koljena o dužn koljenastog vratla. Kod všeclndrčnh strojeva, odgovarajućm rasoredom koljena o dužn koljenastog vratla, značajno možemo umanjt obudne momente sle koj će se renost na odlogu okolš stroja. o se može najbolje lustrrat na rmjeru četverotaktnog četveroclndrčnog stroja (vd slku.4). Prkazana su tr rasoreda koljena. Kod rasoreda (.4a) koljena br. su u oložaju GM, a koljena 3 4 u oložaju DM. Redosljed aljenja kod ovog rasoreda je Centrfugalne nercjalne sle. reda maju u odnosu na težšnu ravnnu koljenastog vratla značajn moment M R 3F R a M I 3F I a, dok će moment nercjalnh sla. reda bt jednak nul kod takvog oložaja koljena. Kod rasoreda (.4b) koljena br. 3 su u oložaju GM, dok su koljena 4 u oložaju DM. Redosljed aljenja kod ovog rasoreda je Centrfugalne nercjalne sle. reda maju u odnosu na težšnu ravnnu koljenastog vratla moment M R F R a M I F I a, dok će moment nercjalnh sla. reda bt jednak nul za taj oložaj koljena. Vdmo da su vrjednost obudnh momenata u odnosu na rasored

56 5 olnsk strojev uređaj od a) tr uta manje. Slka.4 Uravnoteženje stroja rasoredom koljena (a je razmak među clndrma, FR je centrfugalna sla jednoga koljena) Slka.5 Rasored koljena za a) 4 motor s 4 clndra, b) 4 motor s 9 clndara c) motor s 9 clndara u lnj Kod rasoreda (.4c) koljena br. 4 su u oložaju GM, dok su koljena 3 u oložaju DM. Karakterstčno za ovaj rasored je da su koljena rasoređena smetrčno obzrom na oložaj težšne ravnne

57 Kln strojev 53 koljenastog vratla. Redosljed aljenja kod ovog rasoreda je Centrfugalne nercjalne sle. reda maju u odnosu na težšnu ravnnu koljenastog vratla moment M R 0, M I 0 M II 0, dok će moment nercjalnh sla. reda bt jednak nul. Dakle, uzdužno smetrčnm rasoredom koljena u odnosu na težšnu ravnnu koljenastog vratla možemo značajno smanjt vrjednost obudnh momenata nercjalnh sla stroja. Kod četverotaktnh strojeva o dva koljena zauzmaju st oložaj na zvjezd koljena. reda (jer je kut koj odgovara erod jednog rocesa 4π. Zbog toga je moguće ostć uzdužnu smetrju r rasoredu koljena u odnosu na težšnu ravnnu. Kod dvotaktnh strojeva svako koljeno čn jedan krak zvjezde koljena, tako da je nemoguće ostć otunu uzdužnu smetrju u odnosu na težšnu ravnnu u rasoredu koljena. Pr rasodjel koljena o dužn vratla, kod dvotaktnh strojeva nastojmo da nam rasored bude smetrčan u odnosu na vertkalnu os oloženu u težšnoj ravnn koljenastog vratla. Praktčn načn određvanja rasoreda koljena rkazan je na slc.5. o je takav rasored koljena, koj je kod četverotaktnh strojeva otuno, a kod dvotaktnh strojeva rblžno smetrčan rema težšnoj ravnn. Redosljed aljenja će za motor lnjske zvedbe bt: nearn broj clndara, dvotaktn stroj arn broj clndara dvotaktn stroj Uvjet uzdužne smetrje u rasodjel koljena vdljv su z suma rednh brojeva clndara. Kod četverotaknog stroja suma rednh brojeva koljena koja se reklaaju na zvjezd koljena je za jedan veća od broja clndara. Kod dvotaktnog stroja suma rednh brojeva za dva koljena na stoj vsn je također za jedan veća od broja clndara. Uravnoteženje dvoclndrčnog stroja lnjske zvedbe Na slc.6 rkazano je koljenasto vratlo dvoclndrčnog dvotaktnog stroja, oložaj težšne ravnne, sle moment. Amltude sla rema oložaju vektora, renosmo na težšnu ravnnu tu h sumramo. ako dobvamo sljedeće rezultante sla momenata: F R 0 (.4 ) F I 0 (.4 ) FII FII PII cos ϕ mr rω λcos ϕ (.43 ) M R afr amro rω (.44 ) M I afi api cosϕ amr rω cosϕ (.45 ) M II 0 (.46 ) Vektor momenta nercjalnh sla I reda rolaz kroz težšnu ravnnu okomt je na ravnnu os clndara. Pravac, duž kojega se roteže taj vektor, ne mjenja svoj smjer. Vektor momenta nercjalnh sla translatornh masa lež na tom ravcu, njegova se velčna usmjerenost mjenjaju ovsno o kutu referentnog koljena. Za razlku od tog vektora, vektor momenta centrfugalnh sla je okomt na ravnnu koljena njegova se velčna ne mjenja s kutem koljena. Kako se koljenasto vratlo vrt, ravnna koljena također rotra oko uzdužne os koljenastog vratla, a sto tako rotra vektor momenta. Obzrom na to da se velčna tog momenta ne mjenja s oložajem koljena da vektor tog momenta stalno stoj okomt na ravnnu koljena,

58 54 olnsk strojev uređaj taj se moment lako može uravnotežt kombnacjom rotuutega u ravnn koljena: ra m mro (.47 ) r b Za djelmčno uravnoteženje momenta nercjalnh sla. reda translatornh masa, može se odabrat rotuuteg: m ra ( mro + αmr ) (.48 ) r b uz α Potuno uravnoteženje može se ostć dodavanjem dodatnh vratla s Lancaster-ovm rotuutezma. Slka.6 Koljenasto vratlo stroja s clndra a) zvjezda koljena. reda, b) zvjezda koljena. reda, c) rkaz koljenastoga vratla, d) suma sla, e) suma momenata

59 Kln strojev 55 Slka.7 Uravnoteženje momenta od nercjskh sla I. reda za mehanzam sa slke.6 Slka.8 Sle moment koljenastog mehanzma stroja s 3 clndra a) zvjezda koljena. reda, b) zvjezda koljena. reda, c) rkaz koljenastoga vratla, d) suma momenata centrfugalnh sla, e) suma momenata translacjskh sla. reda, f) suma momenata translacjskh sla. reda, g) rkaz djelovanja centrfugalnh sla koljena na koljenastom vratlu, h) rasored rotuutega, ) zvedba rotuutega

60 56 olnsk strojev uređaj Uravnoteženje troclndrčnog lnjskog stroja Kod troclndrčnog lnjskog stroja (slka.8), razmak koljena je 0. Kod takvog stroja su nercjalne sle otuno uravnotežene u ukunom mehanzmu stroja. Za razlku od njh moment th sla nsu uravnotežen. Kao referentn kut odabremo kut koljena br.. F R 0 (.49 ) π FI mr rω cos ϕ + + mr rω cosϕ + mr rω cos ϕ 3 3 π π rω cos ϕ + + cosϕ + cos ϕ π m r (.50 ) F II 0 (.5 ) π 3 M am rω sn Ro 3amRo rω R (.5 ) M M m π π rω acos ϕ + acos ϕ am π rω cos ϕ I r r (.53 ) 4π 4π π λmr rω acos ϕ + acos ϕ 3λamr rω cos ϕ 3 3 II (.54 ) Iz gornjh jednadžb je vdljvo da je moment centrfugalnh sla neovsan o kutu koljena ϕ. Vektor tog momenta stoj u smjeru surotnom smjeru koljena br. rotra zajedno s koljenastm vratlom. Moment nercjalnh sla translatornh masa stalno su okomt na ravnnu clndara. Pravac duž kojega se rotežu vektor th momenata rolaz kroz težšnu ravnnu okomt je na ravnnu clndara. Maksmalna vrjednost momenta nercjalnh sla. reda od translatornh masa bt će kada se koljeno br. nađe u oložaju π/ rje l nakon GM. U oložjma koljena br. u GM DM, ovaj će moment bt jednak nul. Moment nercjalnh sla translatornh masa mogu se uravnotežt samo djelomčno, rmjenom dodatnh rotuutega. Momnt od centrfugalnh sla može se uravnotežt omoću dva rotuutega koj su dodan na ramena vanjskh koljena omaknut rema njhovm osma za 30 (vd slku.8 ), tj nalaze se u ravnn koja rolaz kroz os koljenastog vratla okomtoj na ravnnu koljena br.. m 3ar mro (.55 ) br Strojev lnjske zvedbe sa vše od 4 clndra Harmonc nercjalnh sla translatornh rotrajućh masa. reda kod smetrčno zvedenh koljenasth vratla uravnotežuju se u samom stroju, ukolko su mase koljenasth mehanzama svh clndara jednake, te ako je kut među koljenma jednak. Ako je koljenasto vratlo smetrčno rema težšnoj ravnn, otuno će se uravnotežt moment nercjalnh sla.. reda. Zbog toga je oželjno da koljenasto vratlo

61 Kln strojev 57 bude zvedeno smetrčno rema težšnoj ravnn. Zaostal moment su na taj načn vrlo mal (vd rmjer 9 clndrčnog stroja). U tablc su rkazane neuravnotežene nercjalne sle moment za strojeve razlčth zvedb..7.4 Strojev sa rasoredom clndara u V zvedb Ovdje će bt govora samo o onm strojevma, kod kojh se ojnce clndara jedne ravnne, okomte na os koljenastog vratla, vežu na zajednčko koljeno. Izvedba vezvanja može bt takva da se ojnce hvataju na koljeno jedna ored druge, da je jedna rascjeljena druga cjela ojnca l da je jedna ojnca glavna, a druga rvješena. Inercjalne sle rotrajućh masa kod takvh strojeva su veće o jednom koljenu jer su koljena zvedena masvnje (rad čvrstoće) na njh se veže vše ojnca. Kod th koljenasth vratla vrlo često se korste rotuutez na svakom koljenu. Harmonc nercjalnh sla. reda kod V zvedbe Clndre jednog reda označl smo sa A, a drugog reda sa B. Kut zmeđu ova dva reda clndara je γ. Ravnne clndara su smetrčno nagnute rema vertkalnoj ravnn, tako da vertkalna smetrala rasolavlja kut γ na dvje olovce. Ako je koljeno otklonjeno za kut ϕ od vertkalnog oložaja, trenutn kut za clndre svakog od dva reda, računat u odnosu na GM je: Slka.9 Ukune sle a). reda b). reda za dva nasurotna clndra kod V zvedbe motora

62 58 olnsk strojev uređaj γ ϕ ϕ γ ϕ ϕ + B A (.56 ) Oba vektora amltude P I,A P I,B rotraju zajedno s koljenom, a njhove rojekcje na os clndara z A ravnne l clndara z B ravnne redstavljaju komonente nercjalnh sla. reda: + cos cos cos cos,,,,,, γ ϕ ω ϕ γ ϕ ω ϕ r m P F r m P F B r B B I B I A r A A I A I (.57 ) Rezultanta ove dvje sle je sla F I koja čn kut α u odnosu na vertkalu. Za određvanje olarnog djagrama romjene ove sle otrebno je odredt F I α. Postuak određvanja može bt grafčk analtčk. Analtčk se do rezultante može doć razlaganjem sla F I,A F I,B na horzontalne vertkalne komonente, kako b se z njhovh rezultant odredla rezultrajuća sla F I kut α. + cos cos cos cos,,,, γ γ ϕ ω γ γ ϕ ω r m F r m F B r By I A r Ay I (.58 ) + sn cos sn cos,,,, γ γ ϕ ω γ γ ϕ ω r m F r m F B r Bx I A r Ax I (.59 ) cos cos cos cos cos sn,,,,,,,,,, γ ϕ γ ϕ γ ω γ ϕ γ ϕ γ ω A r B r Ay I By I y I A r B r Ax I Bx I x I m m r F F F m m r F F F (.60 ),, y I x I I F F F + (.6 ) y I x I I F F,, tan α (.6 ) Za m A m B dobvamo (slka.30): ϕ γ α γ ϕ γ ω tan tan tan sn cos cos 4 + I r I r m F (.63 )

63 Kln strojev 59 Slka.30 Polarn djagram rezultant sla a). reda b). reda za dva nasurotna clndra V motora Pr kutu γ90, vektor F I ne mjenja svoju velčnu okreće se zajedno s koljenom, tako da se u tom secjalnom slučaju nercjalna sla. reda može otuno uravnotežt rotuutegom na koljenu (slka.3). Pr kutu od γ60 0 može se zvršt samo djelmčno uravnoteženje rmjenom rotuutega za masu od /3 do /3 m r, občno / m r. Slka.3 Prmjena rotuutega na koljenu za uravnoteženje centrfugalne sle koljena nercjskh translacjskh sla. reda za dva nasurotna clndra V motora