Tehnička škola Banja Luka, Đure Daničića, 2
Maturski rad iz motora i mornih vozila KLIPNI MEHANIZAM
Mentor:
Učenik:
Banjaluka, maj 2013
SADRŽAJ Strana Uvod...........................................................................................................................................4 1.Klipni mehanizam...............................................................................................................5-6 1.1. Klip...............................................................................................................................7-8 1.1.1. Opterećenje klipa................................................................................................8-9 1.1.2. Materijal za izradu klipa...................................................................................9-10 1.1.3. Izrada klipa...........................................................................................................10 1.2. Klipni prstenovi........................................................................................................11-12 1.3. Osovinica klipa..............................................................................................................13 1.4. Klipnjača...................................................................................................................14-15 1.5. Koljenasto vratilo (radilica)......................................................................................16-17 1.6. Zamajac .........................................................................................................................18
2. Zaključak.............................................................................................................................19 Literatura.................................................................................................................................20
UVOD Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem su pogonske mašine u kojima gorivo sagorijeva i iz nastale toplotne energije stvara se mehanička energija, odnosno koristan mehanički rad. I ako po različitim po namijeni i pricipima rada svi motori sus imaju neke glavne dijelove i pomocne uredjaje koji,ako i nisu isti, ipak su veuma slicni i mora ima svaki klipni motor.to su sonovni dijelovi i uredjaji neophodni za odvijanje ciklusa rada motora. Osnovne dijelove motora sus mozemo podijeliti u 3 velike grupe , a to su : osnovni nepokretni dijelovi motora , osnovni pokretni dijelovi motora, i pomocni uredjaji – oprema motora. Osnovni nepokretni dijelovi motora u kojem se odvija ciklus rada motora ,a njemu su oslovljeni osnovni i pokretni dijelovi . na njima je sva ostala oprema motora. Tu spadaju : glava motora , blok motora sa cilindrima, doljne kućiste.
Osnovni pokretni dijlelovi motora su elemetni prenosa snage , pocev od klipa pa do izlaznog vratila iz motora , najcesce zamajca. Tu spadaju dva osnovna mehanizma motora : motorni ili klipni mehanizam I razvodni mehanizam.
Klipni mehanizam
1. Klipni mehanizam U motorni ili klipni mehanizam je osnovni mehanizam motora preko kojeg se sila pritiska gasova , nastala zagorijevanjem u cilidru , prenosi na koljenasto vratilo . klip se krece pravoliniski, oscilatorno,a preko klipnjace i koljenastog vratila dobice se kruzno krentanje koljenastog vratila koje se dalje prenosti,posrestvom transmisije , na tockove motornog vozila. U motorni mehanizam spadaju: -
Klip; Klipni prstenovi ili karike; Osovinica klipa; Klipnjaca; Koljenasto vratilo ili radilica; Zamajac;
Na klipni mehanizam dijeluju sile razlicite po nastanku , intezitetu, pravcu , i smjeru dijlovanja , pa se mogu generalno definisat kao : -
Sile pritiska gasova Inercijalne sile
Sila pritiska gasova nastaje usljed dejstva pristiska gasova na celu klipa u cilidru motora. Inercijalne sile nastaju kao rezultat ubrzavanja i usporavanja klipa u toku rada motora.
Pokretni dijelovi – klipna grupa bez radilice i zamajca: 4
Klipni mehanizam
1 - osigurač; 2 - osovinica; 3 - klizni ležaj u maloj pesnici klipnjače; 4,5,6 - kompresioni klipni prstenovi; 7 - uljni klipni prsten; 8 - klip; 9 - klipnjača; 10 - osigurač; 11 - zavrtanj; 12 - klizni ležaj dvodijelni u velikoj pesnici; 13 - poklopac velike pesnice.
Na datoj slici se osim klipnog mehanizma vidi i razvodni mehanizam kao i nepokretni dijelovi motora koji su ranije pomenuti.
1.1. Klip 5
Klipni mehanizam
Klip je osnovni pokretni dio motornog mehanizma. Na njega dijeluje sila pritiska gasova, koja uslovljava njegovo kretanje u cilindru. Klip preko klipnih prstenova zaptiva cilidar sa doljne strane i igra veoma znacajnu ulogu u procesu rada motora, dirigujuci pojedinim dijelovima procesa rada. Osovinicom , koja je osigurana protiv ispadanja , povezan je sa malom pesnicom klipnjace. Osnovna uloga klipa je da prihvati silu pritiska gasova, nastalu u taktu širenja, i prenese je na klipnjaču. Osim toga, klip još ima i zadatak da: a) Da u toku kretanja dobro zaptiva (odvaja) prostor za sagorijevanje od kućišta motora. To klip postiže pomoću klipnih prstenova. b) Da prima pritisak gasa stvoren prilikom sagorijevanja i da ga preko klipnjače pretvori u obrtno kretanje koljenastog vratila. c) Da toplotu koju sagorjeli gasovi predaju čelu klipa što brže prenesu na zidove cilindra a dalje na sredstvo za hlađenje.
Klip se sastoji iz: čela klipa, zone žljebova za klipne prstenove, plašta i ušica za osovice.
Čelo klipa većinom ima ravnu površinu a može biti ispupčeno ili udubljeno zavisno od vrste motora i što boljeg miješanja radne materije. Njegova debljina uslovljena je količinom toplote koju je potrebno odvesti iz radnog prostora. Plašt klipa služi za vođenje klipa u cilindru i on na zidove cilindra prenosi bočne sile koje se javljaju pri kretanju klipnjače. Ušice klipa pernose silu klipa na osovinicu i zbog toga su one ojačane prema čelu klipa. 6
Klipni mehanizam
Konstrukcija klipa
1.1.1. Opterećenje klipa Opterećenje klipa stvaraju: a) Mehaničke sile koje opterećuju čelo klipa a stvorene su sagorijevanjem smješe goriva i vazduha u prostoru za sagorijevanje. Najveća sila na čelo klipa stvara se u radnom taktu i jednaka je F=pm * A
F [N] - sila klipa; pm [N/cm²] - srednji indikatorski pritisak; A= πD²/4[cm²] - površina čela klipa; D[cm] - prečnik klipa;
b) Toplota Pri sagorijevanju smješe gorivo-vazduh u prostoru za sagorijevanje se stvara trenutna temperatura 2000°C i više Maksimalna temperatura). Veći dio toplote se prenosi sa čela klipa zone žljebova i klipnih prstenova na hlađenje u cilindre. Jedan dio toplote odvodi i ulje za podmazivanje. Radna temperatura kod čela klipa lakih metala (legura Al i Si) iznosi 200 - 350°C a na plaštu klipa približno 150°C.
7
Klipni mehanizam
c) Trenje Trenjem se opterećuje plašt klipa, žljebovi za klipne prstenove i plašt klipa. Da bi se smanjilo trenja ovih dijelova klipa a time i njihovo habanje, klizne površine moraju biti super fino obrađene a podmazivanje besprijekorno. d) Naizmjenično promjenljive bočne sile Klip je u toku rada izložen i bočnim silama, koje ga naizmjenično pritiskaju o suprotne strane zidova cilindra. Uzorak toga je da klip u cilindru mijenja svoj nagib što prouzrokuje šumove. Nagib klipa (osa klipa i cilindra se ne poklapaju) može se smanjiti manjim zazorom i što je moguće većom dužinom plašta.
1.1.2. Materijali za izradu klipa Materijal za klipove mora imati sljedeće osobine: visoku čvrstoću na povišenim temperaturama, dobru termičku provodljivost, malo toplotno širenje, otpor prema trenju i visoku postojanost na habanje. Pored toga materijal za klipove mora biti pogodan za livenje, presovanje i obradu rezanjem. Klipovi od sivog liva I ako imaju dobrih osobina rijetko se koriste jer imaju malu toplotnu provodljivost i veliku težinu. Koriste se za male brojeve obrtaja (klipni kompresori, motori za traktore i stacionarne motore).
8
Klipni mehanizam
Danas se uglavnom koriste klipovi od aluminijskih legura zbog svoje male gustine i vrlo visoke toplotne provodljivosti.
1.1.3. Izrada klipova
Dvodijelni klipovi U serijskoj proizvodnji motornih vozila klipovi se većinom izrađuju livenjem u kokile. Klipovi izloženi visokim pritiscima i temperaturama kao što su motori sportskih i trkaćih automobila i dizel-motori, izrađuju se presovanjem. Plašt klipa često se obrađuje na brusilicama ili kopir strugovima sa alatima od dijamanta. Plašt zavisi od vrste klipa a može biti cilindričan, koničan ili buričast. Često se na klizne površine klipova nanosi sloj zaštitnog metala čime se dobivaju dobre klizne površine. Postoje razni postupci potapanje klipova u kupatilo koje sadrži kalajnu so, sloj olova. Postoji postupak nanošenja sloja grafita male debljine koji ima odličnu zaštitu.
9
Klipni mehanizam
1.2. Klipni prstenovi
Zadatak klipnih prstenova je da održe zaptivenost prostora za sagorijevanje prema kućištu motora, odnosno da spriječe prodiranje sagorjelih gasova u kućište motora. Time oni spriječavaju smanjenje snage i osobina ulja. Sa druge strane oni spriječavaju prodiranje ulja u prostor za sagorijevanje. Da bi se obezbijedilo zaptivanje i skidanje ulja sa cilindra i u slučaju kada su cilindri deformisani ili ovalni klipni prstenovi se ojačavaju umetnutim oprugama (prstenastim oprugama). Još jedan zadatak klipnog prstena je da toplotu sa klipa prenese na hlađene cilindre. Klipni prstenovi moraju biti elastični i kada se nalaze u žljebovima kupa tako da vrše radni pritisak na zidove cilindra. Karike se dijele na kompresione ili gasne i uljne ili strugače. Prsten-strugač ili grebač – uljna karika ima zadatak da struže ulje sa klizne površine cilindra i sprečava njegovo prodiranje u prostor sagorijevanja. Kompresionih karika obično ima 2 ili 3, a uljnih 1 ili 2. Kompresione karike se postavljaju uvijek u gornjem dijelu klipa bliže čelu, a uljne karike uvijek ispod kompresionih.
Da bi obavili navedene zadatke, klipni prstenovi moraju: -
imati veliku elastičnost biti dobri provodnici toplote imati veliku otpornost na habanje imati malu specifičnu težinu da se lako obrađuju
Materijal od kog se izrađuju klipovni prstenovi mora imati sljedeće osobine: dobra klizna svojstva, visoku elastičnost i čvrstoću pa i na povišenim temperaturama. Ova svojstva ima specijalni sivi liv sa visokim sadržajem grafita. 10
Klipni mehanizam
Najviši klipni prsten je najviše opterećen i ima najslabije podmazivanje, zato se on zaštićuje galvanskom prevlakom tvrdog kroma. Ukoliko su površine cilindra tvrdo kromirane, onda klipni prstenovi nikako nesmiju biti kromirani.
11
Klipni mehanizam
1.3. Osovinica klipa Osnovica klipa stvara spoj klipa sa klipnjačom i time prenosi silu sa klipa na klipnjaču. Zbog brzog pravolinijskog kretanja zajedno sa klipom osnovica mora imati vrlo malu težinu jer bi se sa većom težinom pojavile i veće sile. Osnovica klipa mora biti izrađena od materijala visoke čvrstoće i žilavosti. Zbog malog zazora u ušicama klipa i nepovoljnih uslova podmazivanja osnovica mora imati visoki kvalitet obrađene površine i visoku površinsku tvrdoću. Konstruktivni oblici osnovice klipa su:
- osovinice sa prolaznom rupom (normalni oblik). - osovinice sa konusnim proširenjem na krajevima rupe. - osnovice sa rupom koja je zatvorena u sredini ili na jednom kraju (kod dvotaktnih motora). Osovinice se buše da bi imale manju težinu. Materijal osnovice klipa je čelik za cementaciju i čelik za nitriranje. OSIGURAČI OSOVINICE KLIPA Da se spriječi aksijalno pomjeranje osovinice i ne oštete zidovi cilindra ona se osigurava elastičnim prstenovima koji se umeću u odgovarajuća sjedišta u ušicama klipa. Kod nekih motora osovinica je učvršćena za klipnjaču u maloj pesnici, pa osigurači osovinice nisu potrebni.
12
Klipni mehanizam
1.4. Klipnjača Klipnjaca ima zadatak da silu pritiska gasova u taktu sirenja prenese sa klipa na koljenasto vratilo, pretvartajuci istovremeno pravolinisko kretanje klipa u kruzno kretanje koljenastog vratila. Osnovni elemetni klipnjace su : mala pesnica za kojom se klipnjaca veze za klip preko osovinice klipa , stablo ili tijelo klipnjace koje veze malu I veliku poesnicu, velika pesnica klipnjace kojom se klipnjaca veze za koljenasto vratilo , te cahura male pesnice , poljusolje velike pesnice i elasticne veze. Zadatak klipnjače sastoji se u tome da ona prenese silu gasova sa klipa na koljenasto vratilo kao obrtni moment. Kostruktivni obilici klipnjace su vrlo razliciti , ali se u osnovi tezi sto manjoj tezini zbog inercijalnih sila klipnjace i sto jednostravnijoj konstrukciji. Mala pesnica klipnjace je jedno dijelna i veze klipnjacu za klip. Klipnjača je u radu uglavnom izložena zatezanju i sabijanju a obzirom na njenu dužinu i na izvijanje. Klipnjača se izrađuje od čelika za poboljšanje, legiranog manganom, silicijumom i kromom kovanjem. Da se poveća čvrstoća na izvijanje najbolje je da tijelo klipnjače ima poprečni presjek i profila. Pri spajanju klipa i klipnjace treba provjeriti njhovu međusobnu ispravnost u sklopu vezivanje klipnjace sa koljenastim vratilom, pomocu elasticni zavrtavanja, treba obaviti pazljivo , moment-kljucem, momentom koji propisuje proizvodjac u upustvu za montazu.
13
Klipni mehanizam
MALA PESNICA KLIPNJAČE Mala pesnica klipnjače spojena je sa osovinicom klipa. Da bi se obezbijedila dobra klizna svojstva između osovinice i male pesnice najčešće se utiskuje čahura od bronze (olovna bronza). Sa ovom čahurom osovinica obezbjeđuje labavi pokretni spoj. Kod dvotaktnih motora ovaj spoj se ponekad izrađuje preko kotrljastog igličastog ležaja. VELIKA PESNICA KLIPNJAČE U veliku pesnicu klipnjače stavljaju se polušolje kliznih ležajeva klipnjače. Ravan spajanja klipnjače i poklopca klipnjače sa dva vijka može biti normalna na osu tijela klipnjače ili pod nekim uglom. LEŽAJI KLIPNJAČE Kao ležaj velike pesnice koriste se dvije klizne polušolje koje su nalivene tankim slojem ležišnog metala (legura kalaja ili olovni ležišni metal). Za opterećene ležajeve (dizel-motori) koriste se kalajno-olovne bronze. Između ležaja klipnjače i rukavca koljenastog vratila mora biti mpropisani zazor. PODMAZIVANJE Podmazivanje ležaja klipnjače obavlja se kroz rupu u letećem rukavcu. Podmazivanje čahure male pesnice vrši se takođe kroz rupu za ulje na maloj pesnici.
14
Klipni mehanizam
1.5. Koljenasto vratilo (radilica)
Koljenasto vratilo mora preuzeti sve pogonske sile i prenijeti ih na pogonski mehanizam vozila. Njegov oblik proizilazi iz radnog ciklusa, pa je osa koljenastog vratila izlomljena. Na koljenastom vratilu se stvara obrtni moment koji daje obrtno kretanje. Klipovi i klipnjače su u svakom taktu izloženi ubrzanjima promjenljivog smijera pa se javljaju inercijarne sile izazvane ubrzanjem. Intenzitet tih sila se povećava rastućom učestalošću promjene smjera kretanja i težinom pokretnih dijelova. Pored ovih sila na koljenastom vratilu se javljaju i centrifugalne sile koje zavise od broja obrtaja. Pod dejstvom ovih sila koljenasta vratila su opterećena na uvijanje i savijanje. Koljenasta vratila tokom rada usljed ovih opterećenja moraju biti izrađena od odgovarajućih materijala i moraju imati prikladan oblik. Takođe da bi se ublažio uticaj ovih sila koljenasta vratila imaju protivtegove kojima se znatno uravnotežava dejstvo centrifugalnih sila.
Bočna sila: F1=F*tg δ Sila klipnjače: F2= F/cosδ Aksalna sila: F3=F2*cos(α+δ) Tangencijalna sila vratila: F4=F2*sin(α+δ) Odnos koljenastog vratila: λ=1/ γ*(3,5/4,5) Materijal za izradu koljenastog vratila Koljenasta vratila se izrađuju od visoko kvalitetnih čelika, čeličnog liva ili nodularnog liva. Materijal mora imati visoku dinamičku čvrstoću (otporan na zamor), a na rukavcima i odgovarajuću tvrdoću. Koljenasta vratila od čelika se kuju u alatu tako da se dobije povoljan položaj vlakana i visoka čvrstoća.
15
Klipni mehanizam
Livena koljenasta vratila se rade od nodularnog liva. Da bi se smanjila težina, koljenasta vratila su šuplja.
LEŽAJEVI Za koljenasta vratila sa malim specifičnim pritiscima kao ležišni metali koriste se legure na bazi olova i kalaja. U motorima sa visokim specifičnim pritiscima u ležištima su ležajevi od livene kalajno-olovne bronze za ležajeve. Jedan od ležaja na koljenastom vratilu je vodeći ležaj ili aksijalni ležaj koji spriječava aksialno pomijeranje radilice.
16
Klipni mehanizam
1.6. Zamajac Zamajac u toku rada motora ima ulogu da akumulira energiju (sposobnost da obavlja rad) i da je ponovo odaje kada je to potrebno. To odavanje energije zamajca vrši se u “praznim” (neradivim) taktovima zatim kada se klipovi nalaze u mrtvim tačkama i vrši ujednačavanje broja obrtaja. Na zamajcu se nalazi ozubljeni vijenac za startovanje motora. Zamajac prenosi obrtni moment na spojnicu. Na zamajcu su utisnute oznake kojima se reguliše vrijeme paljenja i vrijeme otvaranja i zatvaranja ventila cilindra br.1.
Konstrukcija zamajca i zamajne ploče
17
Klipni mehanizam
2.Zaključak
U motorni ili klipni mehanizam je osnovni mehanizam motora preko kojeg se sila pritiska gasova , nastala zagorijevanjem u cilidru , prenosi na koljenasto vratilo . klip se krece pravoliniski, oscilatorno,a preko klipnjace i koljenastog vratila dobice se kruzno krentanje koljenastog vratila koje se dalje prenosti,posrestvom transmisije , na tockove motornog vozila. Klip je osnovni pokretni dio motornog mehanizma. Na njega dijeluje sila pritiska gasova, koja uslovljava njegovo kretanje u cilindru. Klip preko klipnih prstenova zaptiva cilidar sa doljne strane i igra veoma znacajnu ulogu u procesu rada motora, dirigujuci pojedinim dijelovima procesa rada. Osovinicom , koja je osigurana protiv ispadanja , povezan je sa malom pesnicom klipnjace.
Klipnjaca ima zadatak da silu pritiska gasova u taktu sirenja prenese sa klipa na koljenasto vratilo, pretvartajuci istovremeno pravolinisko kretanje klipa u kruzno kretanje koljenastog vratila.
Koljenasto vratilo mora preuzeti sve pogonske sile i prenijeti ih na pogonski mehanizam vozila. Njegov oblik proizilazi iz radnog ciklusa, pa je osa koljenastog vratila izlomljena. Na koljenastom vratilu se stvara obrtni moment koji daje obrtno kretanje. Klipovi i klipnjače su u svakom taktu izloženi ubrzanjima promjenljivog smijera pa se javljaju inercijarne sile izazvane ubrzanjem.
18
Klipni mehanizam
LITERATURA 1. Vojvodić, Slobodan i Filipović, Snježana. Ekonomika i organizacija saobraćaja za III i IV razred saobraćajne škole, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd 1997. 2. M. V. Tomić, S. V. Petrović: "Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem", Mašinski fakultet Beograd, Beograd 3. Internet (slobodna enciklopedija).
19
Klipni mehanizam
Datum predaje: ______________
Komisija: Predsjednik
_______________
Ispitivač
_______________
Član
_______________
Komentar:
Datum odbrane: _____________
Ocjena__________ (___)
20
