FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT"

Marcell Gáspár
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Dr. Lovas László FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT Segédlet a Jármű- és hajtáselemek III. tantárgyhoz Kézirat 2013

2 FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT 1. Adatválaszték p 2 [bar] V [cm3] s/d [-] λ [-] k f [%] k a [%] ,1 0, ,2 0, , ,1 0, , , , ,1 0, , , , , ,1 0, ,2 0, ,95 0, ,1 0, ,9 0, ,95 0, ,9 0, ,1 0, ,8 0, ,1 0, ,8 0, ,1 0, , , , , ,8 0, ,9 0, ,8 0, ,9 0, , , , , ,8 0, ,8 0, ,8 0, ,8 0, /9

3 2. A forgattyús hajtómű kisfeladat eredményei Név:.. Neptun kód:. Eredmények táblázata Feladat sorszáma Kompresszió munka W [J] Indukált középnyomás p i [bar] Henger furata D [mm] Dugattyútető minimális vastagsága v [mm] Forgó tömegek m forgó [kg] Alternáló tömegek m alternáló [kg] Ellensúlyok összes inerciája M ellensúly [kgmm] Dugattyúra ható gázerő F gáz [N] Tömegerők táblázata: n [1/min] F kn, FHP [N] F kn, AHP [N] F k, FHP [N] F k, AHP [N] F kn, A [N] F k, A [N] A tömegerő diagramok mm papíron mellékelve. 2/9

4 FORGATTYÚS HAJTÓMŰ MINTAFELADAT Az alábbiakban ismertetjük a BME Járműelemek és Hajtások Tanszék Jármű-és Hajtáselemek III. tantárgy Forgattyús hajtómű kisfeladatának megoldási menetét. 1. Kiindulási adatok A kiindulási adatokat az 1. táblázat tartalmazza: Szállítandó nyomás p 2 [bar] 6 Kompresszor lökettérfogata V [cm 3 ] 200 Löket/furat arány s/d 0,9 Hajtórúd viszonyszám λ 1/4 Forgó tömegek kiegyensúlyozottsága k f [%] 100 Alternáló tömegek kiegyensúlyozottsága k a [%] táblázat: Kiindulási adatok A számításhoz szükséges ismert konstansokat a 2. táblázat tartalmazza. Név Jel Érték Politropikus kitevő n 1,4 Gázállandó R 287 J/kg/K Levegő sűrűsége ρ lev 1,2 kg/m 3 Alumínium sűrűsége ρ Al 2700 kg/m 3 Beszívandó levegő hőmérséklete T 20 C Dugattyú anyag megengedett feszültsége σ meg 50 MPa 2. táblázat: Konstansok 3/9

5 2. Az indukált középnyomás meghatározása A kompresszorba egy löket alatt beszívott gáz tömege ideális esetben: A kompresszióhoz szükséges munkát az alábbi, áramlástani gépekkel kapcsolatban megismert képlettel tudjuk meghatározni: A fenti képletben a hőmérséklet Kelvinben van megadva, a nyomások pedig abszolút értékben. A munkából az indukált középnyomás: A fentiek alapján a henger furata az alábbi képlettel határozható meg: A kiindulási adatok alapján a dugattyú lökete: A löketből a forgattyúsugár: A dugattyútető legkisebb vastagságát az alábbi képlet adja meg: 4/9

6 3. Tömegek meghatározása A továbbiakban közelítéssel meghatározzuk a forgattyús mechanizmus egyes elemeinek tömegeit. A dugattyúpalást közelítő hossza egyezzen meg a lökettel: A dugattyút állandó vastagságú, egyik végén zárt hengerrel közelítjük. A dugattyú közelítő térfogata: A csapszegkörnyezet tömegét konstanssal szorzással közelítjük. A dugattyú becsült tömege: A továbbiakban gyakorlati tapasztalaton alapuló arányszámokat alkalmazunk a tömegek előtervezésénél. A pontos tömegértékeket utólag, az alkatrész végleges alakjának, 3D modelljének ismeretében lehet megadni. A dugattyú tömege alapján, becsléssel a csapszeg tömege: Ugyanígy, becsléssel a dugattyúgyűrűk tömege: A hajtórúd becsült tömege: A forgattyúcsap becsült tömege: 4. Tömegek meghatározása A fentiek alapján kiszámíthatóak a becsült forgó és alternáló tömegek: 5/9

7 A forgó tömegek k f százalékos kiegyensúlyozásához szükséges forgó ellensúly inerciája: Az alternáló tömegek k a százalékos kiegyensúlyozásához szükséges forgó ellensúly inerciája: Az ellensúlyok összes inerciája: Ennek alapján tudjuk az ellensúly helyét és tömegét meghatározni. Ha az ellensúly tömegközéppontját a forgattyúval ellentétes oldalon, a forgattyúsugárral megegyező távolságban helyezzük el, akkor a szükséges ellensúly tömeg: Ezt a tömeget lehet elosztani a forgattyúkarokra. Ha a forgattyúsugárnál messzebb tesszük az ellensúly tömegközéppontját, az ellensúly tömege kisebb lehet. 5. Gázerő és tömegerők meghatározása A dugattyúra ható legnagyobb gázerőt a legnagyobb nyomás határozza meg: Ez az érték a fordulatszámtól nem függ. A forgó és alternáló tömegerők értéke függ a forgattyús tengely pillanatnyi fordulatszámától. Feltételezzük, hogy a kompresszor 700 és /min fordulatszámok között dolgozik. Végezzük el a számítást először a legkisebb fordulatszámra. A forgattyús tengely szögsebességét az alábbi képlet adja meg: A forgó tömegerő: Az alternáló tömegerő csúcsértéke: 6/9

8 6. Főcsapágyak terhelésének meghatározása A főcsapágyak terhelése a gázerőből és a tömegerőkből származik. Kompresszornál jó közelítéssel a két holtpontban lesz a legnagyobb a terhelés. Számítsuk ki a terhelőerőket kiegyensúlyozatlan és kiegyensúlyozott esetre. Terhelő erő a felső holtpontban, kiegyensúlyozás nélkül: Terhelő erő az alsó holtpontban, kiegyensúlyozás nélkül: A terhelő erő e két szélső érték között változik. Az erő amplitúdója: Terhelő erő a felső holtpontban, kiegyensúlyozással: Terhelő erő az alsó holtpontban, kiegyensúlyozással: A terhelő erő e két szélső érték között változik. Az erő amplitúdója: n [1/min] F kn, FHP [N] F kn, AHP [N] F k, FHP [N] F k, AHP [N] F kn, A [N] F k, A [N] táblázat: Főtengely csapágyakat terhelő erők a működési fordulatszám tartományban A fentiekből az látszik, hogy 700 1/min fordulatszámon a kiegyensúlyozás nagyon megnöveli a főtengely csapágyait terhelő erő amplitúdóját. Szükséges az erők vizsgálata a teljes fordulatszám 7/9

9 tartományban, hogy jobban vizsgálhassuk a jelenséget. A fentiek alapján számítsuk ki a terhelőerőket 300 1/min intervallumokban a teljes üzemi fordulatszám tartományban. Az eredményeket a 3. táblázat tartalmazza. Rajzoljuk fel diagramba mind a csúcsérték párokat, mind az amplitúdókat F kn,fhp [N] F kn,ahp [N] F k,fhp [N] F k,ahp [N] ábra: Holtponti erők az üzemi fordulatszám tartományban 2. ábra: Erőamplitúdók az üzemi fordulatszám tartományban 8/9

10 Az 1. ábra azt mutatja, hogy a csapágyazást terhelő erők csúcsértéke mind kiegyensúlyozatlan, mind kiegyensúlyozott esetben négyzetesen növekedik a fordulatszámmal. A 2. ábra alapján kijelenthetjük, hogy mindkét esetben létezik olyan fordulatszám, ahol az amplitúdóknak minimuma van, a csapágy terhelése közel konstans. Az is látszik, hogy a teljes üzemi fordulatszám tartományban a kiegyensúlyozott mechanizmus terhelőerő amplitúdója sokkal kevesebbet változik. A fenti ábrák alapján kijelenthetjük, hogy konstans fordulatszámon üzemelő egyhengeres forgattyús kompresszornál, megfelelő méretezés esetén nem szükséges ellensúlyt alkalmazni a tömegerők kiegyenlítésére. Széles üzemi tartományban azonban a megfelelően méretezett ellensúly használata jelentősen tehermentesíti a forgattyús tengely csapágyazását. Ezzel a kisfeladatot megoldottuk. 9/9

Hasonló dokumentumok

SIKLÓCSAPÁGY KISFELADAT

Dr. Lovas Lászl SIKLÓCSAPÁGY KISFELADAT Segédlet a Jármű- és hajtáselemek II. tantárgyhoz Kézirat 2012 SIKLÓCSAPÁGY KISFELADAT 1. Adatválaszték pk [MPa] d [mm] b/d [-] n [1/min] ház anyaga 1 4 50 1 1440