Kolenasto vratilo (radilica) – Tehnika

Kolenasto vratilo (radilica)

Iz pravoliniskog u kružno

Polako se približavamo trenutku kada će naš motor stvorenu snagu predati prenosnom sistemu. No, pre nego li se to dogodi, pravolinijsko kretanje klipa moramo pretvoriti u kružno. U tome će nam pomoći kolenasto vratilo, izum čije su načelo rada poznavali još i stari Rimljani.
Osnovni delovi kolenastog vratila

Osnovni delovi kolenastog vratila

Kolenasto vratilo, ili “radilica”, jedna je od većih jednodelnih komponenti motora sa unutrašnjim  sagorevanjem. Uloga kolenastog vratila je u prenosu snage sa klipova na prenosni sistem vozila (konkretno, na menjačku kutiju).

A, s obzirom da se svi pogonski delovi prenosa kreću kružno, na izlaznom delu motora (onom delu koji će predati snagu, odn. moment prenosnom sistemu) moramo na neki način dobiti upravo takvo, kružno kretanje, premda smo snagu motora dobili zahvaljujući pravolinijskom kretanju  klipa (dovoljno komplikovano i nerazumljivo objašnjenje, zar ne?))

Klipnjače i kolenasto vratilo (Mopar - Chrysler Group LLC)

Klipnjače i kolenasto vratilo (Mopar – Chrysler Group LLC)

Izum zahvaljujući kojem se sve vrti

Kolenasto vratilo je izrađeno od jednog dela čelika i obično je liveno ili ređe, kovano i naknadno podvrgnuto mašinskoj obradi kako bi se napravila ležišta za ležajeve, otvori i kanali za podmazivanje te prednji i zadnji nastavak. Energija koja se razvija sagorevanjem smeše goriva i vazduha potiskuje, kao što znamo, klip prema DMT. Na njega je, pak, osovinom pričvršćena klipnjača koja predstavlja vezu između klipa i kolenastog vratila.

Donji dio klipnjače sastoji se od dva dela koji čine okrugli otvor unutar kojeg se nalazi ležaj. Taj, donji deo klipnjače pričvršćuje se za kolenasto vratilo na kojem se nalazi ležište sa rupom za podmazivanje. Tako se ostvaruje veza kretanja između klipnjače i kolenastog vratila, neophodna da bi se pravolinijsko kretanja klipa, posredstvom klipnjače, prevelo u kružno kretanje kolenastog vratila.

Kovano kolenasto vratilo V8 motora (Mercedes-Benz AMG)

Kovano kolenasto vratilo V8 motora (Mercedes-Benz AMG)

Na strani suprotnoj od ležajeva klipnjače nalaze se protivteg koji osiguravaju ravnomeran rad motora. Ovi tegovi imaju zadatak uravnoteženja kretanja klipa i klipnjače čime se umiruje rad motora i omogućava sigurno razvijanje viših brzina rada (brojeva okretaja). Tegovi su najčešće napravljeni u jednom delu, zajedno sa kolenastim vratilom te su naknadno mašinski obrađeni kako bi se uskladila njihova masa, no katkada su protivtegovi pričvršćeni vijcima.

Svakako, značajno je i pravilno podmazivanje ležajeva na ležištima kolenastog vratila zbog velike sile koja potiskuje klip (iako se karakteristike današnjih pogonskih mašina drastično razlikuju, tek ilustracije radi možemo reći da nekakva tipična vrednost za benz. motore iznosi do 18.000 N).

radilica

Klip s klipnjačom i nekoliko (dvodelnih) ležajeva s otvorima za podmazivanje - 6,2-litrenog V8 motor LT-1 iz Corvette Stingray (General Motors)

Klip s klipnjačom i nekoliko (dvodelnih) ležajeva s otvorima za podmazivanje – 6,2-litrenog V8 motor LT-1 iz Corvette Stingray (General Motors)

Što sve kolenasto vratilo pokreće?

Na krajevima kolenastog vratila nalaze se nastavci za pričvršćivanje prigušnika vibracija, remenica, zamajac itd. S prednje (uslovno rečeno) strane motora nalazi se završetak kolenastog vratila na kojem je pričvršćen prigušnik vibracija. Radi se o ulošku sa metalnim i gumenim delovima namenjenom umirivanju vibracija (koje uzdužno pomera kolenasto vratilo). Njegova je uloga prvenstveno ta da dovoljno “umiri” kolenasto vratilo kako ne bi puklo ili se na koji drugi način oštetilo usled preopterećenja. Takođe, na istom se završetku kolenastog vratila nalaze i nastavci za spajanje remenica koje pokreću pumpu za vodu, alternator, bregasta vratila i ostalo.

Takođe, na tzv. prednjem delu kolenastog vratila montiran je disk za merenje brzine vrtenja. Takav je disk izveden ili u obliku zupčanika ili po obodu ima rupice (udubljenja). Optički (ili magnetni) senzor koji se nalazi neposredno uz ovaj disk šalje informacije središnjem upravljačkom računaru motora o brzini pomeranja zubaca ili rupica. Taj se podatak potom preračunava u broj obrtaja motora (broj obrtaja kolenastog vratila) koji je jedan od temeljnih parametara potrebnih za rad elektronskog upravljačkog sistem. Pomoću ovog podatka motor “zna” u kojem trenutku treba varnicu dati svječici, kada je potrebno pokrenuti ubrizgavanje goriva itd.

Kolenasto vratilo uvek ima jedan ležaj više nego li redni motor cilindara. U ovom slučaju reč je o 5-cilindričnom motoru

Kolenasto vratilo uvek ima jedan ležaj više nego li redni motor cilindara. U ovom slučaju reč je o 5-cilindričnom motoru  iz Mercedes-Benza 240 D (1974.) čije je kolenasto vratilo postavljeno u 6 ležajeva (Daimler AG)

Na drugoj strani (slovno rečeno “zadnjoj” strani motora) kolenastog vratila nalazi se nastavak na koji je pričvršćen zamajac. Zamajac je okrugli metalni disk koji svojom inercijom tokom okretanja pokreće kolenasto vratilo preko tzv. “mrtvih tačaka klipova” i praznih neradnih taktova održavajući tako stalnu brzinu okretanja. Time se umiruju vibracije i osigurava ravnomeran rad motora. Zamajac je karakterističan prema tome što na svom obodu ima raspoređene zupce koji naležu na zupčanik elektropokretača motora.

Postoji li i priča za one “koji žele znati više?”

Posebnih “varijacija na temu” u priči o kolenastom vratilu gotovo da i nema. Razlike su tek u broju ležajeva kojima je kolenasto vratilo pričvršćeno za blok motora i u materijalu od kojeg je izrađeno, kao i veličini protivtega. Jasno je, da se u motorima visokih karakteristika (sportski  automobili) pokušava što više smanjiti masa pokretnih delova kako bi se olakšao rad i povećao najviši broj obrtaja.

Takvi su motori obično opremljeni kolenastim vratilima s malim i laganim protivtegovima i znatno olakšanim zamajcom. Svakako, pri niskim brojevima obrtaja ovako će se prerađeni motor prilično tresti što se u velikoserijskim vozilima nastoji izbeći. Još jedna varijacija je kolenasto vratilo V motora. Ovakvi motori imaju po dve klipnjače (suprotnih klipova) spojene na jedan, prošireno sedište kolena. Katkada se sedište V motora izrađuju i kao dvostruki, s malim (ekscentričnim) razmakom radi postizanja bolje raspodele sila.

Lancem pokretane osovine za poništenje vibracija (Saab AB)Lancem pokretane osovine za poništenje vibracija (Saab AB)

Lancem pokretane osovine za poništenje vibracija (Saab AB)

Osovine za poništavanje vibracija

Kako bi se dodatno poništile vibracije koje nastaju u radu motora s unutrašnjim sagorevanjem, izmišljene su osovine za poništavanje vibracija. Reč je o izumu engleskog inženjera Fredericka W. Lanchestera iz 1904. koji će praktičnu primenu u automobilskim motorima doživeti mnogo decenija kasnije. Ovakve osovine najčešće susrećemo kod 4-cilindričnih rednih motora kod kojih se vibracije ne mogu poništiti isključivo preciznim uravnoteženjem pojedinih pokretnih delova motora. Naime, 4-cilindrični redni motori posebnu su problematični u pogledu vibracija stoga što kretanje klipnjača nije simetrično u odnosu na rotaciju kolenastog vratila (klipovi koji se kreću prema DMT, odn. GMT nisu uvek simetrični, tj. nisu jednako udaljeni od gornje ili donje krajnje pozicije).

Porsche 944 sa svojim je 2,5-litarskim motorom 'promovisao' osovine za poništavanje vibracija (Porsche AG)

Porsche 944 sa svojim je 2,5-litarskim motorom ‘promovisao’ osovine za poništavanje vibracija (Porsche AG)

Sistem za poništavanje vibracija najčešće se sastoji od dve osovine koje se rotiraju u suprotnim smerovima, brzinom dvostruko većom od brzine rada motora (brzine okretanja kolenastog vratila). Na ovim se osovinama nalaze ekscentrični tegovi (jednake mase) čija se inercijska reakcija (zbog suprotnih smerova rotacije osovina) poništava na vodoravnoj ravnini, no zbraja na vertikalnoj . Upravo je to smer u kojem se javljaju vibracije nastale neravnomernim kretanjem klipova.

Očekivano, problem ovako nastalih vibracija posebno je značajan kod 4-cilindričnih motora većih zapremina (po pravilu, iznad 2000 cm3). Upravo stoga je Porsche na svom 2,5-litarskom  4-cilindričnom rednom motoru modela 944 iz 1982. primenio dve osovine za poništavanje vibracija koje su se okretale u suprotnim smerovima. Bio je to jedan od prvih poznatijih primera korišćenja ovog načina rešavanja problema vibracija u automobilskom motoru. No ipak, konkretnu konstrukciju za poništavanja vibracija pomoću posebnih osovina patentirao je Mitsubishi 1975. Komercijalni naziv ove konstrukcije zvao se Silent Shaft, a bio je prvi puta primenjen u 4-cilindrilčnim rednim motorima serije G45 (Astron 80).

Zamjac s oprugama za poništavanje vibracija - plivajući zamajac (SACHS - ZF Friedrichshafen AG)

Zamjac s oprugama za poništavanje vibracija – plivajući zamajac (SACHS – ZF Friedrichshafen AG)

Svakako, jasno je da se s promenom konstrukcije motora ovakve vibracije mogu poništiti i bez upotrebe osovina za smirivanje ili nekog drugog sličnog načina. Jedna od najpovoljnijih konstrukcija u tom smislu je boxer, ili motor sa uglom  između redova cilindara od 180 stepeni. Takođe, motori sa cilindrima u V rasporedu manje su podložni ovako nastalim vibracijama, posebno oni sa većim brojem cilindara. Uostalom, neki će se možda i prsetiti anegdote u kojoj je Ferruccio Lamborghini postavio jaje na poklopac ventila svog V12 motora kako bi dokazao koliko taj stroj mirno radi. Dakako, jaje se nije niti pomaknulo :-)

Autor: AUTONET.HR
Preuzeto sa: www.autonet.hr


Be the first to comment on "Kolenasto vratilo (radilica) – Tehnika"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*