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

OJNICE Převádí posuvný pohyb pístu vyvolaný silami od tlaků plynů a setrvačných posuvných hmot na rotační pohyb klikového hřídele. Základní požadavky na ojnice: 1. Malá hmotnost 2. Tuhost tvaru oka a hlavy, deformace se přenáší tenkostěnnými ložisky a narušují mazací film (v extrémním případě sevření čepu) 3. Pevnost oka, dříku a hlavy – dostatečná bezpečnost v únavě 4. Stabilita sevření hlavy šroubovým spojením KINEMATIKA OJNICE Kývavý pohyb

d d d d   cos  cos  O         dt d dt d cos  1  2  sin 2  sin   sin cos  d    cos  d

β

α



oMax      oMax   2013/2014





d o d o d d o    2 1  2 sin  o      3 dt d dt d 2 2 1   sin  2  

2

1  2

pro =0°, 180°………. 

o



0

pro = 90°, 270° …… o  0

Pohonné jednotky II. - SCHOLZ

1

SILOVÉ ZATÍŽENÍ OJNICE

β

α

Fp  S p Fp  S p Fo   cos  1  2 sin 2    D2 Fp  p  4

S p  m p  r   2 cos    cos 2  Tah – tlak po délce dříku ojnice: Maxima: FoMax tlak je na počátku expanse v HÚ kdy Fp >> Sp FoMax tah je HÚ v oblasti plnění kdy Fp << Sp

2013/2014


2

REDUKCE HMOTY OJNICE do 2 bodů

mop  mor  mv  mo

Při náhradě je nutné splnit podmínky zachování • hmotnost • polohy těžiště • shodnosti momentů setrvačnosti k těžišti

mop  a  mor  b  0 mop  a 2  mor  b 2  io2  mo  J o io2 mop  mo l a io2 mor  mo l b  io2   mv  mo 1   a b 

mop a

 Mo

mv

b

mor



mv  0  io2  a  b

2 J  m a  b  i  o o

Pokud poloha těžiště ojnice nesplňuje podmínky, Pak musíme počítat s kompenzačním momentem 2013/2014



M o   J o o




io2 b

a 3

VÝPOČTY OJNICE 1) OKO OJNICE Převažuje namáhání tahem od setrvačné síly Sp. Historicky se používalo k výpočtu teorii křivých prutů, nejjednodušší je pak od zatížení osamělou silou P=Sp

a) Ohybová napětí rozdělená podle neutrální osy rs b) Tahové napětí v místě vetknutí prutu Sp   t c) Napětí od přesahu ložiska 2h  š

Složitější způsoby zatížení využívají rovnoměrně rozloženého spojitého zatížení na vrchní polovině oka A kosinusového rozdělení na spodní polovině od síly tlaků plynů Skutečné rozdělení závisí na tuhosti oka a PČ, vůlích mezi čepem a ložiskem oka, na profilu hydrodynamických tlaků v mazací olejové vrstvě. MKP řeší otázku: • proměnnosti průřezu a způsobu vetknutí (je potřebné řešit celou ojnici nebo do poloviny dříku) • rozložení zatížení (interakci PČ a popřípadě i P). 2013/2014


q

Sp 2rs  š

4

2) HLAVA OJNICE Výpočet je komplikovanější , přistupuje navíc předpětí od spojovacích šroubů a kontaktní napětí v dělící rovině umožňující posuv. Dnes výlučně řešíme MKP 3) DŘÍK OJNICE Přenáší síly od tlaků plynů, setrvačné síly a příčný moment z kyvu ojnice

F

Tlak, max. na počátku expanze F  Sp 1  p S Tah , v oblasti plnění (HÚ) 2  Sp Z napětí se stanoví amplituda a střední cyklické a napětí  2 a  1 a 2

K 

c M

 stř

Napětí se vloží do Smithova diagramu A vyhodnotí se bezpečnost v únavě

2013/2014


A

0

sc 

0M 0A

5

OHYBOVÉ NAMÁHÁNÍ DŘÍKU OJNICE od hmotnostních sil vyvolaných příčným zrychlením

aoy r   2  y l

r 

aoy 

r  2  y aoy  l

2

r

r

dmoy   o  S oy  dy dFqy  aoy  dmoy

y

dFqy

dM oy  dFqy  dy

o 

Mo Wo

l Mo …příčný moment ve směru kyvu

2013/2014


6

KONSTRUKCE OJNIC Pro spalovací motory je typická ojnice s dělenou hlavou (kolmo nebo šikmo)

Používané tvary ok ojnic

2013/2014


7

DĚLENÍ HLAVY OJNIC S ARETACÍ (CENTRÁŽÍ) •dutými kolíky kolem šroubů •zámkem •ozubeným (lichoběžníkovým) profilem •lomovou plochou

2013/2014


Rozdíl konstrukce hlavy mezi lámanou (nahoře) a dělenou obráběním (dole)

8

2013/2014


9

TECHNOLOGIE VÝROBY A MATERIÁL OJNIC Většinou zápustkové výkovky s úkosy k dělící rovině . Povrch je zejména v kritických místech (přechody dříku do oka a hlavy) kontrolován na trhlinky (nebo záložky) inkarem, otřepy jsou odstraněny. U vysokootáčkových závodních motorů se přechody leští. MATERIÁL 11601, 12040, 14240, 15240, 16240 tepelné zpracování (normalizační žíhání na odstranění vnitřních pnutí, zušlechtění (kalení + popouštění)) Ojnice se vyvažují odběrem materiálu na oku a hlavě do váhových skupin (čím přesnější výkovek, tím menší technologické nákovky pro vyvažování)

2013/2014


10

KLIKOVÁ HŘÍDEL SÍLY

Ft

Fro

Fo Fr

r

   Ft  Fo  sin      F  sin   sin 2  2   Fr  F cos    sin 2 





Fro   mr  r   2

MOMENTY •užitečný (efektivní) vystupující z motoru, střední hodnota z dílčích pulzujících momentů

M e  m  M k 

Pe 

Mk Ft r 2013/2014


11

•pulzující momenty od proměnných tangenciálních sil Ft kolem střední hodnoty Mk Rozkmit Mk na jednotlivých zalomeních

2013/2014


12

Příklad výsledného kroutícího momentu pro šestiválec

•Pulzující ohybové momenty od radiálních sil (Fr-Fro) •Momenty vybuzené torsním kmitáním (vibrační složky)

2013/2014


13

PRŮBĚHY OHYBOVÝCH MOMENTŮ V nejjednodušším případě se vyšetřuje jen jedno zalomení –staticky určitý případ

Fr  Fro POZOR: u vidlicových motorů jsou obvykle ojnice vedle sebe

Ft

lz 2

x M ox 

Fr  Fro   x 2

M xo Fr  Fro 2

2013/2014

x

lz 2

Fr  Fro 2 Pohonné jednotky II. - SCHOLZ

SCH

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

Podporové momenty zM se získávají: • 3-momentovou rovnicí (Clapeyron), 3 podporové momenty, 2 zatížené pole • 5-momentovou rovnicí, 5 podporových momentů (3 podpory pružné) 2 zatížená pole

2013/2014


15

3-MOMENTOVÁ (CLAPEYRONOVA) ROVNICE z 1

M  l z  2 z M l z  l z 1  z 1M  l z 1  

6  Fz  t z 6  Fz 1  t z 1  lz l z 1

P 0

M

z 1

1

M

z 2

2

l1  l2  l

M

0

M  2M  0

lz 1

lz z

M

z  1: Pl l l   1 4 2 2 2 M  2l   l 3 1 M    Pl  0,09375  Pl 32 6

MP 

P l 4

Fz

tz

…statický moment momentové plochy k ložiskové podpoře 2013/2014


16

3-MOMENTOVÁ (CLAPEYRONOVA) ROVNICE z 1

M  l z  2 z M l z  l z 1  z 1M  l z 1  

6  Fz  t z 6  Fz 1  t z 1  lz l z 1

l1  l2  l

P 0

M

0

z 1

1

M

z 2

33 M   Pl   0 , 073661  Pl 8  56 9 1 M   Pl   0 , 08036  Pl 2  56 9 2 M  Pl   0 , 02009  Pl 8  56 0

2013/2014

z

M

MP

M

lz 1

lz z 1

2

M  2M  0

Fz tz

M

z 1

M

Pl l l   0 1 4 2 2   3 Pl 2 z  0  2 M  2l  M  l  0   l 8 3 z  10 M  l  21M  2l  2M  l   Pl 2 8 1 2 z  2  0 M  l  2 M  2l  0


6

17

PŘÍKLAD VÝPOČTU OHYBOVÝCH MOMENTŮ A REAKCÍ POMOCÍ CLAPEYRONOVY ROVNICE

Nosník o 3 podporách

Nosník o 4 podporach

Nosník o 5 podporách

2013/2014


18

P l z 2

5- MOMENTOVÁ ROVNICE

l z 1

lz

5 podporových momentů (3 podpory pružné) 2 zatížená pole

l z 1

 z 1

z 2

M

z 1

M

Rz 1

tz

lz2

z

 z 1

z

z 1

M Rz

M

z 2

M

Rz 1

……poddajnost ložiskové podpor y

z

…….poměrná poddajnost  z  z P yz

…statický moment momentové plochy k ložiskové podpoře …….statická reakce v ložiskové podpoře (za předpokladu, že nosník je přerušen)

2013/2014


19

P 1 l0

5- MOMENTOVÁ ROVNICE - příklad

l1

l3

l2

l0  l1  l2  l 0

0

1

2

M  2M  0

1 l l2  l  2 4 8 P R0  R1  2  6 E  J   ,yP R P l3 y F1 

0

1

M

R0

t1

M R1

poddajnosti ložiskových podpor poměrné poddajnosti  0   0  1   2  0 3 1 M  l   0 , 09375  l 84  0  1   2  1 348 1 M  l   0 , 0125  l 8  10  0   1   2  10 3  40  80 1 M  l   0 ,072  l 8  64

1

6 E  J 0 l3

2

M R2

 0 , 1 ,  2 1 

6 E  J 6 E  J 2 1  2  3 l3 l

2  l l l2  6  l2 l  1 1 1 1 21 1      0  l  1  l 2    M  2  2   0  1  l      2 2    l l l  l l  8 2  2 2 l l  l l  

Max...0,25

3 l M 4   0  4 1   2    l   0  l  1 8 2 3 l  l   0  l  1 1 M 8 2 4   0  4 1   2 1

Max...0,291

0  2  0  1  100 3  800 1 M  l   0 , 24659  l 8  404

2013/2014

Max...0,3733


20

Řešením rovnic jsou určeny podporové momenty od jednotlivých sil Potřebné poddajnosti ložiskových podpor a tuhost v ohybu klikového hřídele jsou určeny statickým experimentem. Výsledky výpočtů byly porovnány s tenzometrickým měřením napětí v rádiusových přechodech z čepů do ramen provedených v režimu maximálního výkonu u motorů LIAZ M634 a M638

2013/2014


21

VÝPOČTY JMENOVITÝCH NAPĚTÍ KH Vyšetřuje se v jednotlivých zalomeních, většinou jen v nejexponovanějším. Ve vybraných průřezech KH určíme rozkmit ohybových a smykových napětí během jednoho cyklu určitého režimu motoru:

h d 2   d m  h 2 m 

•

•

2013/2014


Střední napětí

Amplituda napětí

 h  d 2   a  h d 2 a 

22

OHYBOVÁ NAPĚTÍ V ROVINĚ ZALOMENÍ KH Od radiálních sil určíme příslušné ohybové momenty a z nich napětí:



Mx Wo

OHYBOVÁ NAPĚTÍ V ROVINĚ KOLMÉ NA ZALOMENÍ KH Od tangenciálních sil, ty jsou v blízkosti HÚ malé, extrémy působí v jiné poloze a odlišném čase než výše uvedená ohybová napětí. Účinek obvykle zanedbáme. Tangenciální síla vyvolává v místě III. kroucení ramene, rovněž zanedbáme.

2013/2014


SCH

SMYKOVÁ NAPĚTÍ V ZALOMENÍ KH • Konstantní kroutící moment přivedený předcházejícími klikami vyvolává napětí v průřezech I a II. V místě III je rameno kroutícím momentem ohýbáno přes kratší hranu, velikost napětí není podstatné • Pulzující síla má své maximum asi 35-40° po HÚ. Extrém smykového napětí nenastává současně s extrémem ohybového. Současně působící složku smykového napětí lze odhadnout přibližně

m 

Mk Wk

pmax    D 2  r a    4 Wk kde





2013/2014

……..0,1 – 0,2 podle počtu válců …….20 -40 Mpa přídavné napětí od torsních kmitů


SCH

m v každém kontrolovaném průřezu vypočítám a BEZPEČNOST V ÚNAVĚ KH

a

m a

Dále stanovím Schmitův diagram pro ohybová a zvlášť pro smyková napětí

a m

2013/2014


a

25

BEZPEČNOST V ÚNAVĚ KH

Vrubová citlivost

2013/2014


26

2013/2014


27

HLEDISKA PRO KONSTUKCI KH PRO PSM  Kluzné uložení KH za každým zalomením Maximální tuhost v ohybu (min. rozteč válců) i v krutu (překrytí čepů) Dimenze čepů: klikový – (0,62-0,7)D, l -řadové (0,35-045) D1, l vidlicové (0,6-0,7)D1 hlavní -  (0,7-0,8)D, l - (0,3-044) D1, Přechodové rádiusy: plynulé napojení na čep (nebo vyhloubený rádius do čepu) indukční kalení (hl. 1,5 -2,5mm)včetně rádiusů, nebo výběh před r rádiusy se často zpevňují válečkováním (tlakové pnutí) Vývažky: vcelku šroubované u vidlicových motorů a velkých řadových – z konstrukčního mat.

MATERIÁL A TECHNOLOGIE KH • •

Ocelové výkovky z ušlechtilých ocelí 14240(Cr,Mn) Pt/Kt -900/700 Mpa, 15230(V,Mo) 1000/900 Mpa pro indukční kalení nebo nitridování, výkovek v jedné rovině (ostřižení, natáčení, normalizace) Odlitky : ocel (dělené a jednotlivá zalomení šroubovaná – př. Tatra, Š706) tvárná litina (problém vnitřní pnutí, slévárenské vady, zmetkovitost) lití pomocí ztekucených formovacích směsí (ztracená pěna), volnost konstrukce bez dělící roviny - ve vyhřívané formě se vytvaruje přesně polystyrénový výrobek, potáhne se žáruvzdornou kaší, vysuší se, spojí se s centrálním vtokem a celek se zaformuje do pískové formy. Při lití kovu se rozloží polystyren a místo zaujme kov. 2013/2014


28

2013/2014


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

Recommend Documents