KRANK-BİYEL MEKANİZMALARININ DİNAMİĞİ ESKİŞEHİR OSMANGAZİ ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİLİĞİ BÖLÜMÜ MOTOR KONSTRÜKSİYON DERSİ DÖNEM SONU PROJESİ MKG06II-05 Yard. Doç. Mustafa Ertunç TAT 151820013048 Onur SIRIMOĞLU 151820023081 Serdar YAĞIZ 151820033034 Ahmet Akın ERYİĞİT 151820033082 Oğuz Bora YILMAZ

Piston-Biyel-Krank Mekanizmasının Kinematiği Pistonlu içten yanmalı motorlarda kullanılan yanıcı hava-yakıt karışımı, bir tarafını hareketli pistonun kapattığı bir silindirin içerisinde sıkıştırılarak yakılır. Yanma ile açığa çıkan ısı silindirde bulunan gazların sıcaklığını ve basıncını yükseltir. Sıkıştırma sonu basıncının birkaç katına yükselen yanma basıncı hareketli pistonun üzerine etki ederek onun silindirin dışına doğru hareketine neden olur. Pistona etki eden bu basıncın oluşturduğu kuvvetle sağlanan doğrusal hareket biyel ve krank milinden oluşan mekanizma aracılığıyla dönem hareket ve torkuna dönüştürülür.

Hesaplarda krank milinin sabit açısal hızda döndüğünü varsaymaktayız Hesaplarda krank milinin sabit açısal hızda döndüğünü varsaymaktayız. Gerçek koşullarda şekildeki gibi piston üzerine çevrim boyunca değişen gaz basınçları etki ettiğinden krank milinin açısal hızı sabit değildir. Açısal hızın sabit kabul edilmesi tüm kinematik değerlerin krank açısının fonksiyonu olarak hesaplanabilmesine olanak vermektedir.

Motorun çalışması sırasında pistonlar ÜON-AÖN arasında hızlanarak ve yavaşlayarak hareket ederler. Hesaplarda ise krank milinin yaklaşık sabit açısal hızlarda döndüğü kabul edilir. Biyelin hareketi ise piston ile krankın hareketleri arasında yer almaktadır. Biyelin pistona bağlı küçük başı piston ile benzer doğrusal hareket yaparken, kranka bağlı büyük başı krankın hareketine benzer dairesel bir hareket yapar. Pistonun üst ölü noktadan anlık uzaklığı piston yolu olarak adlandırılır.

Bu formül hata oranı düşük bir formül olmasına rağmen kullanışsız bir formüldür. MacLauren dizisi ile ikinci basamağa kadar geliştirilerek yaklaştırma formülü elde edilirse hata oranı dah yüksek olan ama daha kullanışlı olan aşağıdaki formül edilebilir.

Bu formülün birinci dereceden türevinin alınmasıyla piston hızı bulunur. İkinci dereceden türevinin alınmasıyla piston ivmesi bulunur.

Krank-biyel mekanizması motorun çalışması sırasında aşağıdaki kuvvetlerin etkisi altındadır: Silindirdeki gazların basınçlarının oluşturduğu gaz kuvvetleri Salınım hareketi yapan parçaların atalet kuvvetleri. Dönen parçaların merkezkaç kuvvetleri. Pistona etki eden karter basıncı kuvveti. Yerçekimi kuvveti (Dinamik analizde genellikle ihmal edilir) . Motorun herbir çevriminde krank miline etki eden tüm bu kuvvetler krank dönüş açısına bağımlı olarak belirlenmektedir.

Gaz Kuvvetleri Piston üzerine üstten çalışma maddesinin basıncı alttan ise karter basıncı etki eder. Pistonun tepesine etki eden gaz kuvvetleri silindir ekseni doğrultusunda, piston pimi eksenine etki eden tek bir kuvvet olarak değerlendirilir.

Motorda gaz kuvvetlerinin yaratığı kuvvet akışı incelendiğinde, bütün dış kuvvetlerin dengede olduğu, denge bakımından sisteme herhangi bir etkilerinin olmadığı görülür.

Motor kuvvet analizi Şekilde bir silindirli ve dört zamanlı tipik bir motorun piston-biyel-krank mekanizmasına etki eden üç temel yük gösterilmiştir. Bunlar; Gaz kuvveti Pistonun atalet kuvveti Biyelin atalet kuvveti

Krank-Biyel Mekanizmasında Kuvvetler Gaz ve kütle kuvvetlerinin vektörel bileşkesi olan F normal kuvvet (N) ve biyel kuvvetinden (S) oluşur. Biyel kuvveti (S) ise radyal kuvvet (R) ve teğetsel kuvvet (T) olarak iki bileşenden oluşur. Burada teğetsel kuvvet (T) motordaki döndürme momentini oluşturur.

Bu kuvvetlerden gaz kuvveti STATİK YÜK; pistonun atalet kuvveti ve biyelin atalet kuvveti ise DİNAMİK YÜKler olarak nitelendirilir. Balans ağırlığı kullanılarak krankın kütle merkezi krankın ana yatak merkezine getirildiğinden krankın atalet kuvveti sıfırdır. Böylece krankın kendisi dengelenmiş olur.

Yukarıdaki şekilde krankın iki tur dönmesi sırasında silindirdeki gazların basınçlarındaki değişim grafik olarak verilmiştir.

Biyel kolu

Şekilde biyel yerine yaklaşık eşdeğer kütleli bir içten yanmalı motor mekanizması görülmektedir. Burada yerleştirilmiş olan nokta kütleler karşıt ağırlıklar ile dengelenmiştir. Böylece dengeleme kuvveti sayesinde biyel kütlesinden hiçbir kuvvetin ana yataklara etki etmemesi sağlanabilir.

=Toplam biyel kolu kütlesi =Biyel küçük başının kütlesi =Biyel büyük başının kütlesi

Kütlesel Kuvvetler Dönen Kütlesel Kuvvetler 1- Krank milinin kol muylusu 2- Biyelin büyük başı 3- Krank kolları b) Salınan Kütlesel Kuvvetler 1- Piston ve segmanlar 2- Piston pimi 3- Biyelin küçük başı

Dönen Kütlesel Kuvvetler Dönen Kütlenin ağırlık merkezinin dönme noktasına uzaklığı Açısal hız x=Krank kolu ağırlık merkezinin dönme merkezine uzaklığı r=Krank ana muylu merkezinin krank biyel muylusu merkezine uzaklığı

b)Salınan Kütlesel Kuvvetler

Döndürme Kuvveti Diyagramları

Döndürme kuvveti diyagramları krank açısı veya krank muylu yoluna bağımlı olarak çizilmektedir. Sayısal değeri ise motor momentinden yararlanılarak hesaplanılır. Kuvvetin belirlenmesinde en basit yöntem ise grafik çizim yöntemidir. Önce gaz ve kütle kuvvetlerinin oluşturduğu döndürme kuvveti belirlenir. Gaz kuvveti indikatör diyagramı yardımıyla belirlenir. Bilindiği gibi gaz kuvveti bağıl gaz basıncı ile piston tepe alanının çarpımıdır. Kütle kuvvetleri ise daha önce belirtilmiştir.

Krank-biyel Mekanizmasına Etki Eden Kuvvetlerin Dengelenmesi Kuvvetlerin dengelenmesi krank mekanizmasının atalet kuvvet ve momentlerinin kısmen ya da tamamen dengelenmesini içerir. Burada dengelenmemiş kuvvet ve momentler şunlardır: a-) Salınım yapan ve dönen kütlelerin atalet kuvvetleri b-) Çok silindirli motorlarda osilasyon kuvveti ve krank milinin radyal yöndeki kuvvetlerine bağımlı olarak gelişen uzunlamasına momentler. c-) Toplam tork ve motor kulakları tarafından üretilen, buna eşdeğer fakat ters işaretli karşı moment.

Kütlelerin dengelenememesi sebebiyle kranklarda titreşim meydana gelip, titreşimlerin belirli frekansları aşması durumunda yukarıdaki şekilde görülen gibi ciddi deformasyonlar ortaya çıkabilir.

Bizi dinlediğiniz için teşekkür ederiz!