Materijal i izrada klipnih prstenova Materijal prstena

Sivi liv, legirani Velike tvrdoe, otporan na habanje.Mikrostruktura sivog liva ima otra etvrtasta zrnca. Zbog etvrtastih zrnaca prsten je lako lomljiv kod savijanja. Moe se slomiti i pri jakom ili neprekidnom detonativnom sagorevanju.Na povrinu kompresionog prstena se nanosi tanak sloj od hroma ili molibdena (pesvlaka, coat) u cilju poveanja otpornosti na habanje. Kombinovni prsten je bez presvlake. Cilindri od sivog liva se ne otvrdnjavaju.Nodularni liv (sferoliv, ductil), Dvostruko boljih mehanikih osobina od sivog liva.Nodularni liv (sferoliv, ductil), Dvostruko boljih mehanikih osobina od sivog liva.Mikrostruktura je sa okruglim zrncima (nodule), zbog ega se ne lomi.Skuplji i tei za obradu od livenog gvoa i znaajno tvri od cilindra, odnosno bloka od sivog liva.Cilindri se otvrdnjavaju presvlakom od hroma ili molibdena za funkcionisanje sa prstenovima od sferoliva. (Bez otvrdnjavanja habanje cilindra bi bilo intenzivno, a ve trajanja motora kratak).elikDvostruko boljih mehanikih osobina od nodularnog liva.elik omoguava smanjenje dimenzija prstena.Manje dimenzije poprenog preseka daju elastiniji prsten, koji se lake prilagoava obliku cilindra. Jeftiniji je za izradu od livenih prstenova.Cilindri se otvrdnjavju presvlakom od hroma, molibdena, ili se nitiriraju za funkcionisanje sa elinim prstenovima.

Materijal i izrada klipnih prstenova Izrada prstena

Gvozdeni klipni prstenovi se prave livenjem i struganjem (strug), posle ega se prosecaju krajevi. elini klipni prstenovi se prave od ice poprenog preseka prstena. Namotavaju se na valjak slino izradi opruge.

Prenik prstena u otvorenom stanju izvan cilindra je vei od prenika cilindra, to daje elastine sile za radijalan pritisak na zidove cilindra.Krajevi prstenova se ovaliziraju zbog poveanja radijalne sile.Nitriranje je proces obogaena povrine metala azotom pri visokoj temperaturi Nitriranje je proces obogaena povrine metala azotom pri visokoj temperaturi

u cilju otvrdnjavanja povrine i postizanja vee otpornosti na habanje.Za najvea optereenja dizel motora primenjivana je i kombinacija molibdena i

keramike "Moly Cermet molibdenska keramika-metal, metal (80% moly, 20% chromium carbide ceramic). Presvlaka je nanoena plazma postupkom, vrlo je tvrda i otporna na habanje. (Volvo, motori tekih kamiona).Nedostatak: Loe provoenje toplote sa klipa na prsten i poviena temperatura prstenova (keramika je izolator toplote), visoke temperature sagorevanja usled nedovoljnog hlaenja keramikih klipnih prstenova.(Podsetnik: ~60% toplote klipa odvodi se preko klipnih prstenova na zid cilindra).

Sile koje deluju na klipne prstenoveNa klipne prstenove deluju sile nastale pod sledeim uticajima:

Pritisak gasa Trenje Inercija Radijalna elastinost

Elastine sile deluju radijalno na prsten, pritiskajui ga na zid cilindra.Elastine sile treba ravnomerno da deluju po celom obimu prstena.Tokom vremena elastine sile slabe na krajevima prstena. Toplotom gasova greju se i Tokom vremena elastine sile slabe na krajevima prstena. Toplotom gasova greju se i

povrine na krajevima prstena, gde prolaze vreli gasovi u toku ekspanzije. Materijal prstena se neeljeno otputa* i elastine sile slabe.Zbog otputanja krajevi klipnih prstenova se konstruktivno malo otvaraju prema poveanju prenika. (Dva oblika krajeva prstena za kontrolu radijalne sile prstena.)Radijalna sila po celom obimu prstena ovom konstruktivnom merom due odrava neoslabljenom. Nedostatak: Intenzivnije habanje krajeva klipnih prstenova i cilindra u zoni krajeva prstenova.Vee lokalno habanje zida cilindra u zoni krajeva prstenova na izvodnici hoda klipa spreava (ev.) okretanje klipnih prstenova oko ose cilindra, kada habanje dostigne dovoljnu meru.

Najvee habanje cilindra je na mestu kompresionog prstena, kada je klip u SMT. USMT je termomehaniko naprezanje (t, p) najvee, a podmazivanja praktino nema. Takoe, prsten menja smer kretanja (zajedno sa klipom), to znai da se njegova brzina izjednaava sa nulom. Pri polasku iz stanja mirovanja trenje je vee, nego pri kretanju, 0 >, pa je vee i habanje.

Radijalni pritisci prstenova i oblici prstenovaOtvaranje krajeva prstenova

Levo: Pritisci (crveno) koje ostvaruju jabuast (gore) i krukast (dole) oblik prstena na zid cilindra (plavo). Desno: Jabuast (gore) i krukast (dole) oblik prstena

Osovinica klipaOsovinica klipa vezuje klip sa klipnjaomVeza osovinice sa klipom i klipnjaom moe biti pokretna i u klipu i u

klipnjai (plivajua), ili samo u klipu, a u klipnjai je presovan sklop (vrsta veza).Zazor osovinice u uicama klipa je manji kod plivajue veze (oko 5 m,

pola stote), jer postoji zazor osovinice i u leaju male pesnice klipnjae, pa je sklop fleksibilniji: Prilagodljiviji na netanost poloaja osa u uicama klipa i maloj pesnici klipnjae, s obzirom na poloaj klipa u cilindru i klipnjae prema kolenastom vratilu, jer ima dva mesta za kompenzaciju dezaksijalnosti osa.Zazor osovinice u uicama klipa je vei kod vrste veze (15 m, jedna-i-po stota), jer ne postoji zazor osovinice u maloj pesnici klipnjae.Veliina zazora kod vrste veze je takva da se osovinica bez alata i-po stota), jer ne postoji zazor osovinice u maloj pesnici klipnjae.Veliina zazora kod vrste veze je takva da se osovinica bez alata ubacuje u uice klipa, a okrenuta osom prema zemlji ne ispada iz sklopa sa klipom pod uticajem sile sopstvene teine.

Podmazivanje osovinice za manja optereenja u uicama je kroz male otvore na uicama, okrenutim prema kuitu motora. Doovoljno ke ulje koje prska spolja jer materijal klipa ima dobre klizne osobine.

Podmazivanje leaja male pesnice za vea konstruktivna optereenja je uljem pod pritiskom, koje se od velike pesnice vodi kroz telo klipnjae u malu pesnicu.

Hlaenje veoma optereenih klipova je kroz kanale u glavi klipa, uljem pod pritiskom. Ulje se u klip dovodi iz male pesnice u osovinicu, a iz osovinice u klip. Ulje se vraa u kuite motora kroz unutranju upljinu klipa

Osovinica klipaOsovinica klipa vezuje klip sa klipnjaomPlivajua veza osovinice ima klizni leaj u maloj pesnici, a osovinica se

obezbeuje od aksijalnog pomeranja/ispadanja uskonim prstenovima (sieger) ili jednostavnim ianim osiguraima, koji se ubacuju u, za to predviene, ljebove u uicama klipa na oba kraja osovinice. Osovinica ne moe ispasti iz uica klipa, koji je u cilindru, ali se ne sme dopustiti kontakt osovinice sa zidom cilindra zbog habanja cilindra i poveanja otpora kretanja klipa.

Presovan sklop osovinice sa klipnjaom (preklop) ostvaruje se zagrevanjem klipnjae, pa je sklapanje tee, ali je sklop jednostavniji i jeftiniji od plivajue veze. Nema leaja male pesnice ni podmazivanja leaja i nisu potrebni osigurai u uicama klipa za spreavanje aksijalnog kretanja osovinice.Klipnjaa se greje (t~250 C, 1/2 asa), osovinica se sklapa sa klipom i klipnjaom specijalnim alatom za uvoenje u sklop i odreivanje sredinog klipnjaom specijalnim alatom za uvoenje u sklop i odreivanje sredinog poloaja osovinice u maloj pesnici.

Prednost plivajueg sklopa u odnosu na presovan sklop je u veoj nosivosti i veoj bezbednosti na zaribavanje. Ako osovinica zariba u maloj pesnici klipnjae, i dalje se okree u uicama klipa i obrnuto. Ipak, nosivost sklopa opada.

Smanjenje mase osovinice ostvaruje se cilindrinom upljinom. Sa koninom upljinom nosivost isovinice je vea, ali je izrada komplikovanija.

Klizna povrina osovinice je vrlo glatka (N5 kvalitet obrade povrine), da bi se okretala sa minimalnim habanjem.

Materijal osovinice je elik* velike vrstoe i povrinske tvrdoe i dobre ilavosti, sposoban da podnosi naizmenino promenljiva i udarna optereenja.

KlipnjaaKlipnjaa pretvara pravolinijsko naizmenino

kretanje klipa u obrtno kretanje na kolenastom vratilu

Osa male pesnice vri pravolinijsko oscilatorno kretanje, zajedno sa osom osovinice klipa, sa kojom se podudara.

Osa velike pesnice vri kruno kretanje, zajedno sa osom rukavca kolena kolenastog vratila, sa kojom se podudara.

Take klipnjae izmeu ose velike i male pesnice vre sloeno ravno kretanje (kretanje u ravni), koje se sastoji iz pravolinijskog i krunog kretanja.

Sklop klipnjae ine telo i poklopac. Veza poklopca sa telom ostvaruje se vijcima (i poklopca sa telom ostvaruje se vijcima (i navrtkama). Vijci ujedno (najee) slue i kao element za centriranje poklopca i klipnjae jer formiraju kuite leaja. Tada su blago preklopljeni u otvorima klipnjae, gde stoje.

Moment pritezanja vijaka se zadaje.Otvor velike pesnice, na iju se povrinu

(gnezdo) postavlja klizni leaj, obrauje se u sklopu sa poklopcem, pritegnutim na zadatu meru. Orijentaciju poklopca i tela definiu povrine jezika leaja. (Klizni leaj.) Orijentacija klipnjae prema radilici se takoe definie oznakama.

Klipnjaa sa ravnim presekom velike pesnice ima ravan preseka velike pesnice upravno na osu simetrije klipnjae (slika).

Klipnjaa

Konstrukcija velike pesnice iz dva dela omoguava primenu jednodelnog kolenastog vratila. Ako je klipnjaa jednodelna, onda kolenasto vratilo mora biti rasklopivo.

Ako su konstrutivne (gabaritne) mere velike pesnice vee od prenika cilindra, ravan preseka velike pesnice se zakoava u odnosu na osu klipnjae, da bi klipnjaa mogla da proe kroz cilindar.

Zakoavanjem ravni preseka nastaju bone sile u velikoj pesnici, pa se na sastav poklopca i tela klipnjae postavljaju zupci. Zupci primaju bone sile i time rastereuju vijke od naprezanja na smicanje. Zupci ujedno slue i kao element za centriranje poklopca i gnezda velike pesnice.

Telo klipnjae se, u sklopu sa klipom i klipnim prstenovima na klipu i osovinicom klipa ubacuje u cilindar. Zatim se poklopcem klipnjae sklapa klipnjaa sa kolenom kolenastog vratila. Klipnjae nose oznake broja cilindra kome pripadaju.

Mala pesnica je jednodelna, i, ako je veza sa klipom plivajua, u malu pesnicu se blagim presovanjem (preklop leita i male pesnice) ubacuje klizno leite*.

Kolenasto vratilo Funkcija

Prima sile od pojedinih klipnjaa na rukavcima velikih pesnica (letei rukavci), i preko kolena daje dinamiki moment oko svoje ose okretanja. Mehanika energija se prenosi na zamajac, a sa zamajca se predaje potroau.Letei rukavci sa suprotne strane kolena imaju protivtegove za uravnoteenje inercijalnih otpora kod obrtanja kolenastog Letei rukavci sa suprotne strane kolena imaju protivtegove za uravnoteenje inercijalnih otpora kod obrtanja kolenastog vratila.Brojanje cilindara je uobiajeno prema smeru isporuke energije, strana suprotna od zamajca se uzima kao prednja, i od nje se broje cilindri. (Mogue je brojanje cilindara i nasuprot smera isporuke energije).Prednja strani motora nosi elementi razvoda i pogona pomonih ureaja: Alternator, pumpa za ulje*, kompresor klima ureaj.

Kolenasto vratilo Uleitenje i podmazivanje

Radilica se na blok motora (gornje kuite) oslanja preko leeih rukavaca.Vodei leei rukavac, (najee do zamjca, ili srednji), jedini ima aksijalne leaje, svi ostali rukavci imaju samo radijalne leaje (jedan je dovoljan.). Aksijalni leaji ograniavaju aksijalno pomeranje radilice i primaju optereenje kod pritiskanja zamajca mehanizmom spojnice (zamajac je vrsto spojen sa radiiicom).vrsto spojen sa radiiicom).Aksijalno pomeranje radilice zakoava ose velike i male pesnice klipnjae u odnosu na osu radilice, stvarajui dezaksijalnost leajeva kolenastog vratila i velike pesnice klipnjae, takoe i leaja male pesnice i osovinice klipa i osovinice klipa u uicama klipa.Dezaksijalnost ugroava hidrodinamiko plivanje u leteim i leeim leajima i u leaju male pesnice kipnjae.Dvodelna leita leteih i leeih rukavaca se podmazuju uljem pod pritiskom.

Kod bloka od lake legure primenjuju se dugaki vijci koji prolaze kroz glavu i blok motra. Vijcima se zajedniki priteu sa gornje strane glava motora za blok, a sa donje strane poklopci leeih leaja radilice za blok. Time se postie dodatna krutost motora i reava problem manje mehanike nosivosti bloka od lake legure za vijanu vezu sa glavom motora.

Kolenasto vratilo Izrada i materijal

Radilice se izrauju livenjem, kovanjem, a u novije vreme i rezanjem iz krunog profila.Livene radilice se izrauju od nodularnog liva. Najjeftinija varijanta sa livenjem ima dobru otpornost na koncentraciju napona, dobru otpornost na habanje i malu osetljivost na torzione oscilacije koje nastaju neravnomenim obrtanjem. Nedostatak, manja zatezna vrstoa i otpornost na savijanje.Kovane radilice se rade od elika za poboljanje i legiraju za vea optereenja (Cr,Mo; Cr,Ni). Velika vrstoa (na savijanje), ali poveana optereenja (Cr,Mo; Cr,Ni). Velika vrstoa (na savijanje), ali poveana osetljivost na koncentraciju napona. Pogodne za induktivno povrinsko kaljenje, posle ega se dobija tvrda povrina sa ilavim jezgrom. Skuplje od livenih.Rezane radilice iz komada imaju najbolja mehanika svojstva, ali su i najskuplje, zbog velikog otpada materijala i dugog vremena izrade. Vrlo precizna izrada na CNC mainama daje malu masu, a rezanje iz valjanog (rolat) monolita daje ouvanu mikrostrukturu smanjenu osetljivost na koncentraciju napona, i veliku vrstou. (Dokazano u takmiarskim uslovima). (Kod livenja je mikrostruktura amorfna, kod kovanja je tok vlakana usmeren, ali se prelama na kolenima (koncentr.nap.) i napree kod uvijanja pri kovanju, ako kolena nisu u istoj ravni.)Materijal rolata je 4370. Najvia cena izrade.

Radilica(dobijena postupkom livenja)

Radilica(dobijena postupkom rezanja)

V8 radilica(Dve klipnjae na istom rukavcu*)

Zamajac Funkcije

Umanjenje neravnomernosti okretanja kolenastog vratilaAkumulira energiju rotacije kod poveanja obrtnog momenta i vraa energiju kod smanjenja obrtnog momenta izmeu pojedinih ekspanzijaPrenos obrtnog momenta sa motora na transmisijuPovrina za naleganje suve frikcione spojnice na strani transmisije, korpa spojnice ili veza sa mokrom spojnicom (DSG)Nosi obodni zupanik za pokretanje motora preko elektropokretaa, presovan sklop sa zamajcem (preklop), (venac sa zupanikom).Nosi nazubljeni prsten (60-2 zupca) davaa brzine i/ili poloaja radilice. Nazubljeni prsten moe biti postavljen direktno na bilo koji kraj radilice, ili na zupasti remen/lananik razvoda, ili na zamajac, ta god se okree u vrstoj vezi sa radilicom.vezi sa radilicom.

Sklop sa radilicom vijanom vezom, vrsta zajednika celina.Zamajac zbog velike mase treba da se uravnoteava* (balansira) statiki i dinamiki** kao poseban mainski element i u sklopu sa radilicom.Orijentacija sklapanja po uglu zamajca sa radilicom treba da bude obezbeena konstruktivno. Jednoznaan poloaj nije uvek definisan, pa treba ispravno orijentisati zamajac prema radilici, i oznakama na zamajcu s obzirom na cilindar na paljenju. U protivnom su poveane oscilacije zamajca sa radilicom i optereenja leaja radilice.

Vee zamajne mase daju ravnomernije obrtanje kolenastog vratila, manje mase daju ivlji motorMoment inercije: J=mr2m masa koja rotira (suma), r poluprenik rastojanja mase od ose rotacije

Zamajac sa dvostrukom masom Zamajac sa dvostrukom masom (Dual mass flywheel)

Umanjuje i priguuje torzione* oscilacije pri prenosu obrtnog momenta sa radilice na pogonsko (ulazno) vratilo transmisije.Torzione oscilacije nastaju na kolenastom vratilu usled neravnomernog okretanja kolenastog vratila zbog periodinosti radnih ciklusa motora.Pogonsko vratilo (vratila**) transmisije kod prenosa snage obre se ravnomerno u odnosu na obrtanje radilice. Oscilacije sa kolenastog vratila prenose se na ulazno vratilo transmisije, koje ne osciluje.Materijal radilice se zamara***. Krajnji rezultat je lom radilice.Najgori sluaj je obrtanje radilice rezonantnom frekvencijom, kada je amplituda oscilovanja praktino najvea (teorijski tei beskonanoj veliini).

Konstrukcija KonstrukcijaZamajac ine dve mase, jedna na strani motora i jedna na strani transmisije.Zaokretanje dve mase za mali ugao meusobno je omogueno preko leaja, postavljenog na zajedniku aksijalnu osu sredita masa zamajca.Sistem opruga i priguivaa torzionih oscilacija nalazi se izmeu dve mase. Ugao zaokretanja je ogranien.Prenos obrtnog momenta ide sa mase zamajca na strani motora, na sistem opruga i priguivaa izmeu masa, pa sa sistema opruga i priguivaa na masu zamajca na strani transmisije.Opruge primaju oscilacije k.v. i ublauju njihovo udarno dejstvo pri prenosu obrtnog momenta sa k.v. na ulazno vratilo menjakog prenosnika.Priguivai umanjuju brzinu oscilovanja i time amplitudu oscilovanja.

Zamajac sa dvostrukom masom Najvee amplitude oscilacija k. v. nastaju kod starta i/ili prekida rada

motora, u opsegu brzina n=200400 o/min, zbog prirodnih karakteristika sistema koji osciluje.Prirodne karakteristike oscilovanja sistema odreuje konstrukcija, masa i materijal*. Kada nema prenosa snage sa motora na tokove radilica osciluje samo u sklopu sa zamajcem, koji se suprodstavlja oscilovanju svojom inercijom. Nema ogranienja sa strane prenosa.Sa porastom broja obrtaja rastu frekvencije oscilovanja, pa se torzione oscilacije smanjuju (udaljavanje od kritine brzine oscilovanja).

Najvea naprezanja kolenastog vratila su na malim brzinama motora, kada je ukljuen prenos snage na pogonske tokove, jer se pogonski kada je ukljuen prenos snage na pogonske tokove, jer se pogonski tokovi vozila okreu ravnomeno (ili sa ravnomernim ugaonim ubrzanjem/usporenjem). Poveanje optereenja motora poveava amplitudu oscilovanja jer raste moment koji daje pobudu, pri istoj brzini motora frekvenciji oscilovanja radilice.

Dizel motori stvaraju vea naprezanja prenosnog sistema torzionim oscilacijama od oto motora jer rade na manjim brzinama obrtanja, a snagu postiu veim momentima. Time su blii kritinom podruju frekvencije oscilovanja sa najveim amplitudama. Mase motora i transmisije koje osciluju su vee za iste snage u odnosu na mase k.v. oto motora.Vee mase elemenata koji osciluju poveavaju inerciju rotacije**, usled ega rastu amplitude oscilovanja.

Zamajac sa dvostukom masom

Zamajac sa dvostukom masom

Zamajac sa dvostukom masom

Zamajac sa dvostukom masom