Motor dengesi - Engine balance

Motor dengesi , bir içten yanmalı motor veya buhar motoru içindeki kuvvetlerin (yanma veya dönen/ileri geri hareket eden bileşenlerden kaynaklanan) nasıl dengelendiğini ifade eder . En sık kullanılan terimler birincil denge ve ikincil dengedir . Motor içindeki dengesiz kuvvetler titreşimlere neden olabilir.

Dengesizlik nedenleri

Motordaki bazı bileşenlerin (bağlantı çubukları gibi) karmaşık hareketlere sahip olmasına rağmen, tüm hareketler, dengesizliklerin analizine yardımcı olan ileri geri hareket eden ve dönen bileşenlere ayrılabilir.

Sıralı motor örneğini kullanarak (pistonların dikey olduğu yerde), ana ileri geri hareketler şunlardır:

• Yukarı/aşağı hareket eden pistonlar
• Yukarı/aşağı hareket eden bağlantı çubukları
• Bağlantı çubukları krank mili etrafında dönerken sola/sağa hareket eder, ancak bu hareketlerin neden olduğu yanal titreşimler, pistonların neden olduğu yukarı-aşağı titreşimlerden çok daha küçüktür.

Dengesizliğe neden olabilecek başlıca dönme hareketleri ise şunlardır:

• krank mili
• Eksantrik milleri
• Bağlantı çubukları (piston ve krank dönüşü arasındaki değişen yatay ofsetin gerektirdiği şekilde piston ucu etrafında döner)

Dengesizlikler, aşağıdaki bölümlerde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, tek tek bileşenlerin statik kütlesinden veya motorun silindir yerleşiminden kaynaklanabilir.

statik kütle

Hareketli parçaların ağırlığı veya ağırlık dağılımı tek tip değilse, hareketleri dengesiz kuvvetlere neden olarak titreşime neden olabilir. Örneğin, silindirler arasında pistonların veya biyellerin ağırlıkları farklıysa, ileri geri hareket dikey kuvvetlere neden olabilir. Benzer şekilde, eşit olmayan gövde ağırlıklarına sahip bir krank milinin veya eşit olmayan ağırlık dağılımına sahip bir volanın dönüşü, dönme dengesizliğine neden olabilir .

Silindir düzeni

Statik kütlelerin mükemmel bir şekilde dengelenmiş ağırlık dağılımı ile bile, bazı silindir yerleşimleri , her bir silindirden gelen kuvvetlerin her zaman birbirini iptal etmemesi nedeniyle dengesizliğe neden olur. Örneğin, sıralı dörtlü bir motorun dikey bir titreşimi vardır (motor devrinin iki katı). Bu dengesizlikler tasarımın doğasında vardır ve önlenemez, bu nedenle ortaya çıkan titreşimin kabine giren titreşimi en aza indirmek için denge milleri veya diğer NVH azaltma teknikleri kullanılarak yönetilmesi gerekir .

Dengesizlik türleri

karşılıklı dengesizlik

Bir bileşenin (bir piston gibi) doğrusal hareketi, aynı düzlemde zıt yönde hareket eden eşit momentumla hareket eden başka bir bileşen tarafından iptal edilmediğinde, bir ileri geri dengesizliğe neden olur.

Karşılıklı faz dengesizliği türleri şunlardır:

• Tek silindirli bir motorda veya sıralı üç motorda olduğu gibi karşı hareketli pistonlarda uyumsuzluk.
• Dengesiz aralıklı ateşleme sırası , örneğin ofset krank pimleri olmayan bir V6 motorunda olduğu gibi

Pistonlu düzlem dengesizliğinin türleri şunlardır:

• Boxer-ikiz motor, 120° sıralı üç motor, 90° V4 motor, sıralı beş motor, 60° V4 motor gibi eşit ve zıt yanma kuvvetlerinden krank milinde sallanan bir çift oluşturan krank pimleri arasındaki ofset mesafesi. ° V6 motor ve çapraz düzlemli 90° V8 motor.

Örtüşen güç strokları olmayan motorlarda (dört veya daha az silindirli motorlar gibi), güç dağıtımındaki titreşimler, pistonlu bir dengesizliğe benzer şekilde motoru X ekseninde döner şekilde titretir.

Dönen dengesizlik

Dönen düzeneklerdeki eşit olmayan kütle dağılımları, dönen bir dengesizliğe neden olur.

Dönen faz dengesizliği türleri şunlardır:

• Dengesiz volan gibi dönen bir bileşen üzerindeki dengesiz eksantrik kütleler

Dönen düzlem dengesizliğinin türleri şunlardır:

• Dönen bir düzeneğin dönme ekseni boyunca dengesiz kütleler, örneğin bir boxer-ikiz motorun krank milinde karşı ağırlıklar içermiyorsa, sallanan bir çifte neden olur, 180° aralıklı yerleştirilmiş krank atışlarının kütlesi, eksen boyunca bir çift oluşmasına neden olur. krank mili.
• Bir çift piston-bağlantı çubuğu grubundaki kütle merkezi yükseklik farkı gibi karşı hareket eden grup çiftlerinde yanal hareket. Bu durumda, sallanan bir çift, bir biyel kolunun sola (krank dönüşünün üst yarısı sırasında) sallanırken diğerinin sağa (alt yarısı sırasında) sallanmasından kaynaklanır, bu da üstte sola doğru bir kuvvetle sonuçlanır. motor ve motorun altında sağa doğru bir kuvvet.

burulma dengesizliği

Burulma titreşimi , bir şaft boyunca ofset mesafelerde tork uygulandığında ortaya çıkar.

Bu, bir krank milinin ekseni boyunca meydana gelir, çünkü bağlantı çubukları genellikle direnç torkundan (örneğin debriyaj) farklı bir mesafede bulunur. Bu titreşim motorun dışına aktarılmaz, ancak titreşimden kaynaklanan yorgunluk krank mili arızasına neden olabilir.

Radyal motorlarda burulma dengesizliği görülmez.

Birincil bakiye

Birincil denge , bir motorun temel frekansında (birinci harmonik) meydana gelen titreşimi ifade eder . Bu titreşim bu nedenle krank mili dönüş frekansında meydana gelir.

ikincil bakiye

Dengesizlik nedeni

Bir piston, krank milinin dönüşünün üst yarısında, alt yarısında olduğundan daha fazla hareket eder, bu da ikincil titreşim adı verilen sinüzoidal olmayan titreşimlerle sonuçlanır .

Katedilen mesafedeki fark, biyel kolunun hareketinden kaynaklanmaktadır. Üst ölü noktadan (TDC) sonra 90 derecede , biyel kolunun krank mili ucu tam olarak strokunun yarı noktasındadır; bununla birlikte, biyel kolunun açısı (yani krank miline bakıldığında sol-sağ hareketi), biyel kolunun sabit bir uzunluğu koruması için biyel kolunun piston ucunun yarı noktadan daha düşük olması gerektiği anlamına gelir. . Aynısı, TDC'den sonra 270 derecede de geçerlidir, bu nedenle piston ucu, TDC'den sonra 270 dereceden 90'a, krank mili dönüş döngüsünün 'alt yarısında' (TDC'den sonra 90 dereceden 270 dereceye kadar) olduğundan daha büyük bir mesafe kat eder. Bu daha uzun mesafeyi aynı sürede kat edebilmek için, biyel kolunun piston ucu, hareketinin üst yarısında, alt yarısında olduğundan daha yüksek hızlanma oranlarına maruz kalmalıdır.

Bu eşit olmayan hızlanma, bir pistonun kütlesi tarafından (hızlanma ve yavaşlamada) krank mili dönüşünün üst yarısında, alt yarısında olduğundan daha yüksek atalet kuvveti ile sonuçlanır. Sıralı dörtlü bir motorda (geleneksel 180 derecelik krank miline sahip), 1. ve 4. silindirlerin yukarı doğru ataleti, 2. ve 3. silindirlerin aşağı ataletinden daha büyüktür. Herhangi bir zamanda yönler (mükemmel birincil denge yaratır ), motor yine de sinüzoidal olmayan bir dengesizliğe sahiptir. Buna ikincil dengesizlik denir .

Matematiksel olarak, krank-kaydırıcı mekanizmasının sinüsoidal olmayan hareketi, iki sinüsoidal hareketin bir kombinasyonu olarak temsil edilebilir:

• krank dönüş frekansına sahip bir birincil bileşen (sonsuz uzunlukta bir biyel kolu ile piston hareketinin ne olacağına eşdeğer)
• Bir ikinci bileşen çift frekansta oluşur ve biyel eğim açısında etkisine eşdeğerdir düşürür o dikine olduğunda, küçük-son konumu

Pistonlar tam olarak bu şekilde hareket etmese de, hareketlerini analiz etmek için yine de yararlı bir temsildir. Bu analiz aynı zamanda, motor özelliklerini tanımlamak için akademi dışında da kullanılan birincil denge ve ikincil denge terimlerinin kökenidir .

Matematiksel analiz

bir silindir

-ekseni boyunca yukarı ve aşağı hareket eden bir pistonlu, kütleli tek silindirli bir motor düşünün . Piston, krank miline uzunluğunda bir çubuk ile bağlanmıştır . Krank mili çapındaki varsa ve bir açı teta eğilimi için -Axis, pistonun daha sonra pozisyonu , aşağıdaki eşitlikle verilir: ${\görüntüleme stili m}$${\görüntüleme stili y}$${\görüntüleme stili L}$${\görüntüleme stili R}$${\görüntüleme stili \teta}$${\görüntüleme stili y}$${\görüntüleme stili y}$

${\displaystyle y=R\cos \theta +{\sqrt {L^{2}-R^{2}\sin ^{2}\theta }}}$

İlk kısım -ekseni boyunca krank milinin bileşenidir . İkincisi, hipotenüsü uzunluk ve eksen uzunluğu olan Pisagor teoremi kullanılarak belirlenen bağlantı çubuğunun bileşenidir . ${\görüntüleme stili y}$${\görüntüleme stili L}$${\görüntüleme stili x}$${\ Displaystyle R\sin \ theta }$

Krank mili zaman içinde bir açı ile açısal bir hızda dönüyorsa , o zaman ${\ Displaystyle \ omega }$${\görüntüleme stili \teta}$${\görüntüleme stili t}$

${\displaystyle \omega ={\frac {d\theta }{dt}}}$

Pistonun -ekseni boyunca lineer hızı , -pozisyonunun zamana göre değişim oranı olarak hesaplanabilir , yani yazılabilir. ${\görüntüleme stili y}$${\görüntüleme stili y}$${\displaystyle {\frac {dy}{dt}}}$

${\displaystyle {\frac {dy}{d\theta }}\cdot {\frac {d\theta }{dt}}}$zincir kuralı kullanılır. Sabit bir açısal hız için, bu olur${\displaystyle \omega {\frac {dy}{d\theta}}}$

İkinci türev pistonun ivmesini verecektir. Benzer şekilde bu yeniden yazılabilir${\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dt^{2}}}}$${\displaystyle \omega ^{2}{\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2}}}}$

Krank milinin, örneğin bir volanın momentumu tarafından döndürüldüğünü düşünün. Pistonun ivmesi, Newton'un ikinci yasasını kullanarak, krank mili tarafından pistona uygulanan kuvvete karşılık gelir . (Krank mili, pistonun ataletini hisseder ve tepki kuvveti, yatakları aracılığıyla çevreye iletilir ve bir titreşim olarak hissedilir.) ${\görüntüleme stili F=ma}$

Farklılaştırmadan önce, bir ikame yapmaya yardımcı olur.

${\displaystyle y=R\cos \theta +(L^{2}-R^{2}\sin ^{2}\theta )^{\frac {1}{2}}}$

İzin vermek ${\displaystyle h=R^{2}\sin ^{2}\theta }$

${\displaystyle {\frac {dh}{d\theta }}=2R^{2}\sin \theta \cos \theta =R^{2}\sin(2\theta )}$

${\displaystyle {\frac {d^{2}h}{d\theta ^{2}}}=2R^{2}\cos(2\theta )}$

Değiştirme şunları sağlar:

${\displaystyle y=R\cos \theta +(L^{2}-h)^{\frac {1}{2}}}$

θ'ye göre farklılaşma:

${\displaystyle {\frac {dy}{d\theta }}=-R\sin \theta -{\frac {1}{2}}(L^{2}-h)^{-{\frac {1 }{2}}}\cdot {\frac {dh}{d\theta }}}$

Nb zincir kuralı:

${\displaystyle {\frac {dy}{d\theta }}={\frac {dy}{dh}}\cdot {\frac {dh}{d\theta}}}$

Tekrar farklılaşmak:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2}}}&=-R\cos(\theta )-{\frac {1}{2} }\cdot {\frac {1}{2}}(L^{2}-h)^{-{\frac {3}{2}}}\cdot {\left({\frac {dh}{d) \theta }}\right)}^{2}-{\frac {1}{2}}(L^{2}-h)^{-{\frac {1}{2}}}\cdot {\ frac {d^{2}h}{d\theta ^{2}}}\\&=-R\cos(\theta )-{\frac {1}{4}}(L^{2}-h )^{-{\frac {3}{2}}}\cdot {\sol({\frac {dh}{d\theta }}\sağ)}^{2}-{\frac {1}{2 }}(L^{2}-h)^{-{\frac {1}{2}}}\cdot {\frac {d^{2}h}{d\theta ^{2}}}\\ \end{hizalanmış}}}$

Bu oldukça hantaldır ve çok yararlı hiçbir şeyi basitleştirmez. Ancak, yaklaşımlar kullanılarak etkili bir şekilde basitleştirilebilir. Gerçek bir motorda, biyel kolu, krank milinin yarıçapından daha uzundur.

Varsayalım sonra, . Yani${\görüntüleme stili L=3R}$${\displaystyle L^{2}=9R^{2}}$${\displaystyle L^{2}-R^{2}=8R^{2}\yaklaşık 9R^{2}}$

Buna göre : ${\displaystyle \sin ^{2}\theta \leq 1}$${\displaystyle (L^{2}-h)=(L^{2}-R^{2}\sin ^{2}\theta )\leq (L^{2}-R^{2})\ yaklaşık L^{2}}$

${\displaystyle {\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2}}}=-R\cos(\theta )-{\frac {1}{4}}(L^{2} -h)^{-{\frac {3}{2}}}\cdot {\sol({\frac {dh}{d\theta }}\sağ)}^{2}-{\frac {1} {2}}(L^{2}-h)^{-{\frac {1}{2}}}\cdot {\frac {d^{2}h}{d\theta ^{2}}} }$

olur

${\displaystyle {\begin{hizalanmış}{\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2}}}&\yaklaşık -R\cos(\theta )-{\frac {1}{4 }}(L^{2})^{-{\frac {3}{2}}}\cdot {\left({\frac {dh}{d\theta }}\sağ)}^{2}- {\frac {1}{2}}(L^{2})^{-{\frac {1}{2}}}\cdot {\frac {d^{2}h}{d\theta ^{ 2}}}\\&\yaklaşık -R\cos(\theta )-{\frac {1}{4}}{L^{-3}}\cdot {\sol({\frac {dh}{d) \theta }}\right)}^{2}-{\frac {1}{2}}{L^{-1}}\cdot {\frac {d^{2}h}{d\theta ^{ 2}}}\\\end{hizalanmış}}}$

Benzer şekilde, daha küçük terimi yok sayarsak: ${\displaystyle L^{-3}\ll L^{-1}}$

${\displaystyle {\begin{hizalanmış}{\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2}}}&\yaklaşık -R\cos(\theta )-{\frac {1}{2 }}L^{-1}{\frac {d^{2}h}{d\theta ^{2}}}\\&=-R\cos(\theta )-{\frac {1}{2 }}{L^{-1}}2R^{2}\cos(2\theta )\\&=-R\cos(\theta )-{\frac {R^{2}}{L}}\ cos(2\theta )\\\end{hizalı}}}$

Bunu hatırlayın: ve Böylece pistonun hareketinden dolayı eksende hissedilen ileri geri hareket kuvveti ${\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dt^{2}}}=a=\omega ^{2}{\frac {d^{2}y}{d\theta ^{2} }}}$${\görüntüleme stili F=ma}$

${\displaystyle F\yaklaşık -m\omega ^{2}R(\cos(\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta ))}$

Dolayısıyla , frekansı motorun dönüş hızına eşit olan bir büyüklüğü olan bir birinci bileşen ve frekansın iki katı büyüklüğünde bir büyüklüğü olan ikinci bir bileşen vardır . Daha küçük ama büyüklüğün ilk bileşeniyle aynı büyüklük mertebesinde . (Eksi işareti, sağ taraf pozitif olduğunda kuvvetin aşağı doğru olduğu ve bunun tersi olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla , ve piston üst ölü noktadayken, onu çeken kuvvet aşağı doğrudur ve maksimum değerdir.) ${\metin stili R}$${\textstyle {\frac {R^{2}}{L}}}$${\metin stili R}$${\görüntüleme stili \teta=0}$

Kombine krank mili ve biyel kolunun etkisinin, krank milinin dönüş frekansında titreşen bir bileşeni ve benzer bir bileşeni olan eksantrik milinin döndüğü eksen üzerinde bir kuvvet üretmek olduğunu görebiliriz. frekansın iki katı titreşen büyüklük.

Birinci bileşen birincil dengeye ve ikinci bileşen ikincil dengeye karşılık gelir.

iki silindir

Sıralı bir motorda, birincisine paralel olarak ikinci bir silindir eklenir. Krank milinin, pistonlar ayrı olacak şekilde düzenlendiğini varsayalım . Bir piston TDC'deyken diğeri BDC'dedir. Krank milinin dönme eksenine etki eden kuvvetler birleşir: ${\ Displaystyle 180^{\circ }}$${\textstyle F=F_{1}+F_{2}}$

Pistonların ağırlıklarının eşit olduğunu varsayalım:

${\displaystyle F_{1}=-m\omega ^{2}R\left(\cos(\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta )\sağ)}$

${\displaystyle F_{2}=-m\omega ^{2}R\left(\cos \left(\theta +180^{\circ }\right)+{\frac {R}{L}}\cos \left(2(\theta +180^{\circ })\sağ)\sağ)}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\cos \theta +{\frac {R}{L}}\cos(2\theta) )+\cos(\theta +180^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2(\theta +180^{\circ }))\\&=\cos \theta +\cos(\theta +180^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta + 360^{\circ })\\&=\cos \theta +\cos \theta \cos {180^{\circ }}-\sin \theta \sin {180^{\circ }}+{\frac { R}{L}}(\cos(2\theta )+\cos(2\theta +{360^{\circ }}))\\&=\cos \theta -\cos \theta +{\frac { 2R}{L}}\cos(2\theta )\\&={\frac {2R}{L}}\cos(2\theta )\end{hizalı}}}$

Böylece birincil denge bileşeni ortadan kalkar - motor, birincil bileşen kuvvetlerine göre dengelenir - ancak ikincil denge bileşenleri birleşir ve iki silindirli motor, tek silindire göre iki kat daha fazla titreşim kuvvetine maruz kalır.

dört silindir

Dört silindirli bir sıralı motor, böyle bir iki silindirli motorun bir çiftinden sırt sırta düzende yapılırsa, simetri ile, büyüklüğün iki katı da olsa aynı titreşim imzasını yaşayacaktır.

4 silindirli bir motora simetri açısından bakıldığında neden herhangi bir titreşime maruz kalacağı açık değildir, çünkü pistonların birbirini iptal ettiği ve dengeleyebileceği görülüyor. Matematiksel analiz, titreşimin nedeninin nerede ortaya çıktığını gösterir.

Üç silindir

Pistonların her birinin ayrı olduğu, yani , ve ' de olduğu 3 silindirli sıralı bir motor düşünün . Açıların birbirini nasıl iptal ettiğine dair fikir edinmek için, örneğin trigonometrik kimliklerin listesi'ne bakın . ${\ Displaystyle 120^{\circ }}$${\görüntüleme stili \teta}$${\ Displaystyle \ theta +120^{\circ }}$${\ Displaystyle \ theta +240^{\circ }}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\sum _{n=0}^{2}\left[\cos(\theta + n\cdot 120^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2(\theta +n\cdot 120^{\circ }))\sağ]\\&=\sum _ {n=0}^{2}\left[\cos(\theta +n\cdot 120^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta +n\cdot 240 ^{\circ })\right]\\&=\sum _{n=0}^{2}\left[\cos \theta \cdot \cos(n\cdot 120^{\circ })-\sin \theta \cdot \sin(n\cdot 120^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta +n\cdot 240^{\circ })\right]\\ &=\cos \theta \left(1-{\frac {1}{2}}-{\frac {1}{2}}\sağ)-\sin \theta \left(0+{\frac {\ sqrt {3}}{2}}-{\frac {\sqrt {3}}{2}}\sağ)+{\frac {R}{L}}\sum _{n=0}^{2} \left[\cos(2\theta +n\cdot 240^{\circ })\right]\\&{\underset {\text{iptal.}}{=}}{\frac {R}{L} }\sum _{n=0}^{2}\left[\cos(2\theta +n\cdot 240^{\circ })\sağ]\\&={\frac {R}{L}} \sum _{n=0}^{2}\left[\cos(2\theta )\cos(n\cdot 240^{\circ })-\sin(2\theta )\sin(n\cdot 240 ^{\circ })\right]\\&={\frac {R}{L}}\left[\cos(2\theta )\left(1-{\frac {1}{2}}-{ \frac {1}{2}}\sağ)-\sin(2\theta )\lef t(0+{\frac {\sqrt {3}}{2}}-{\frac {\sqrt {3}}{2}}\sağ)\sağ]\\&{\underset {\text{iptal .}}{=}}0\end{hizalanmış}}}$

beş silindir

Silindirlerin hepsinin eşit aralıklarla yerleştirildiği 5 silindirli sıralı bir motor düşünün . Açı , , , ve . 5 silindirli motorun türetilmesi, önceki durumdakiyle aynı yöntemler kullanılarak basitleştirilmiştir. ${\textstyle 72^{\circ }}$${\metin stili \teta }$${\textstyle \theta +72^{\circ }}$${\textstyle \theta +144^{\circ }}$${\textstyle \theta +216^{\circ }}$${\textstyle \theta +244^{\circ }}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\sum _{n=0}^{4}\left[\cos(\theta + n\cdot 72^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2(\theta +n\cdot 72^{\circ }))\sağ]\\&=\sum _ {n=0}^{4}\left[\cos(\theta +n\cdot 72^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta +n\cdot 144 ^{\circ })\sağ]\\&=\cos \theta \left[\sum _{n=0}^{4}\cos(n\cdot 72)\sağ]-\sin \theta \left [\sum _{n=0}^{4}\sin(n\cdot 72)\right]+{\frac {R}{L}}\sum _{n=0}^{4}\left[ \cos(2\theta +n\cdot 144^{\circ })\right]\\&{\underset {\text{iptal.}}{=}}{\frac {R}{L}}\sum _{n=0}^{4}\left[\cos(2\theta +n\cdot 144^{\circ })\sağ]\\&={\frac {R}{L}}\left[ \cos \theta \left(\sum _{n=0}^{4}\cos(n\cdot 144)\sağ)-\sin \theta \left(\sum _{n=0}^{4} \sin(n\cdot 144)\sağ)\sağ]\\&{\underset {\text{iptal.}}{=}}0\end{hizalı}}}$

Aynısı sıralı bir motordaki herhangi bir sayıda tek silindir için de geçerlidir, birincil ve ikincil kuvvetler her zaman dengeli bir motor sağlamak için birbirini götürür.

Çapraz düzlem konfigürasyonları

Yukarıdaki iki ve dört silindir analizi durumunda, silindir çiftlerinin ayrı olduğu düz bir düzlem konfigürasyonu varsayılır . (Üç ve beş silindir durumunda, bunlar 'düz' olmayacak şekilde eşit olarak dağılırlar.) Bir krank mili, bitişik silindirler ayrı olacak şekilde tasarlanabilir ve V8 motorlarında bulunan ve kullanılan iki konfigürasyondan biridir. uçtan bakıldığında krank milinin görünümünü tanımlayan çapraz düzlem terimi. Böyle bir V8 motorunun dört silindirli bir sırasını düşünün. Her silindir komşularından ve bir sonrakinden uzak olacaktır ; yani, aralıklarla aşamalıdırlar . ${\textstyle 180^{\circ }}$${\textstyle 90^{\circ }}$${\textstyle 90^{\circ }}$${\textstyle 180^{\circ }}$${\textstyle 0^{\circ },90^{\circ },180^{\circ },270^{\circ }}$

iki silindir

Ayrıca, şimdi dörtlü bankanın iki bitişik silindirini ayrı ayrı ele alalım. Sonra, daha önce olduğu gibi: ${\textstyle 90^{\circ }}$

${\displaystyle F_{1}=-m\omega ^{2}R\left(\cos(\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta )\sağ)}$

${\displaystyle F_{2}=-m\omega ^{2}R\left(\cos \left(\theta +90^{\circ }\right)+{\frac {R}{L}}\cos \left(2(\theta +90^{\circ })\sağ)\sağ)}$

${\görüntüleme stili F=F1+F2}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\cos \theta +{\frac {R}{L}}\cos(2\theta) )+\cos(\theta +90^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2(\theta +90^{\circ }))\\&=\cos \theta +\cos(\theta +90^{\circ })+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta + 180^{\circ })\\&=\cos \theta +\cos \theta \cos {90^{\circ }}-\sin \theta \sin {90^{\circ }}+{\frac { R}{L}}(\cos(2\theta )+\cos(2\theta )\cos {180^{\circ }}-\sin(2\theta )\sin {180^{\circ }} )\\&=\cos \theta -\sin \theta +{\frac {R}{L}}(\cos(2\theta )-\cos(2\theta ))\\&=\cos \teta -\sin \theta \\&={\sqrt {2}}\cos(\theta +45^{\circ })\\\end{hizalı}}}$

(Son adım, kosinüs için çift açı formülü kullanılarak genişletilerek gösterilebilir, buna dikkat edilmelidir ) ${\displaystyle \cos 45^{\circ }=\sin 45^{\circ }=1/{\sqrt {2}}}$

Sonuç, motor devrinin iki katı olan ikincil etkinin ortadan kalktığını ve motor dönerken hızda yalnızca birincil titreşimi bıraktığını gösteriyor. Bu sadece krank milinin açısı ile titreşim kuvvetinin zamanlaması arasındaki faz farkıdır. Bunu, pistonları ayrı olan iki silindirli bir motorla karşılaştırın , bu da motor devrinin iki katı bir ikincil titreşime neden olur. ${\ Displaystyle 45^{\circ }}$${\ Displaystyle 180^{\circ }}$

dört silindir

İki silindir analizine dayanarak, dört silindirli bir konfigürasyon:

${\displaystyle F_{1}=-m\omega ^{2}R\left(\cos(\theta )+{\frac {R}{L}}\cos(2\theta )\sağ)}$

${\displaystyle F_{2}=-m\omega ^{2}R\left(\cos \left(\theta +90^{\circ }\right)+{\frac {R}{L}}\cos \left(2(\theta +90^{\circ })\sağ)\sağ)}$

${\displaystyle F_{3}=-m\omega ^{2}R\left(\cos \left(\theta +180^{\circ }\right)+{\frac {R}{L}}\cos \left(2(\theta +180^{\circ })\sağ)\sağ)}$

${\displaystyle F_{4}=-m\omega ^{2}R\left(\cos \left(\theta +270^{\circ }\right)+{\frac {R}{L}}\cos \left(2(\theta +270^{\circ })\sağ)\sağ)}$

İki silindir analizi, ikincil bir etki olmadığını, terim çiftlerinin birbirini iptal ettiğini, dolayısıyla bunların göz ardı edilebileceğini gösterir.

${\görüntüleme stili F=F1+F2+F3+F4:}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\cos \theta +\cos(\theta +90^{\circ })+\cos (\theta +180^{\circ })+\cos(\theta +270^{\circ })\\{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\cos \ teta -\sin \theta +\cos(\theta +180^{\circ })+\cos(\theta +270^{\circ })\\{\frac {F}{-m\omega ^{2 }R}}&=\cos \theta -\sin \theta +\cos \theta \cos 180^{\circ }-\sin \theta \sin 180^{\circ }+\cos \theta \cos 270^ {\circ }-\sin \theta \sin 270^{\circ }\\{\frac {F}{-m\omega ^{2}R}}&=\cos \theta -\sin \theta -\ cos \theta +\sin \theta \\&{\underset {\text{iptal.}}{=}}0\end{hizalı}}}$

Böylece çapraz düzlemli dört silindirli bir motor, birincil veya ikincil titreşime maruz kalmaz. Bu durumda, krank milini paylaşan ve bu tür dört silindirden oluşan iki bankadan oluşan bir V8, dönüşünün bir sonucu olarak hiçbir titreşim yaşamayacaktır. Bu, her biri yukarıda detaylandırıldığı gibi ikincil bir titreşim sergileyen iki düz düzlemli dört silindirli bloktan yapılmış düz bir düzlem V8 ile tezat oluşturuyor.

Etkiler ve azaltma önlemleri

İkincil dengesizliğin neden olduğu titreşim, düşük motor hızlarında nispeten küçüktür, ancak motor hızının karesiyle orantılıdır ve potansiyel olarak yüksek motor hızlarında aşırı titreşime neden olur. Bu titreşimleri azaltmak için bazı motorlarda denge milleri kullanılır. Bir denge mili sistemi, en yaygın olarak, her bir mil üzerinde aynı eksantrik ağırlığa sahip iki milden oluşur. Şaftlar, motor hızının iki katı hızda ve birbirine zıt yönlerde dönerek, motorun ikincil dengesizliğinin neden olduğu kuvveti ortadan kaldırmak için tasarlanmış dikey bir kuvvet üretir. Denge millerinin en yaygın kullanımı V6 motorlarında ve büyük deplasmanlı sıralı dört motorlardadır.

Silindir düzeninin etkisi

Birden fazla silindire sahip motorlar için, her sıradaki piston sayısı, V açısı ve ateşleme aralığı gibi faktörler genellikle ileri geri faz dengesizliklerinin veya burulma dengesizliklerinin olup olmadığını belirler.

Düz motorlar

Düz ikiz motorlar en yaygın olarak aşağıdaki konfigürasyonları kullanır:

• 360° krank mili: Bu konfigürasyon, tek silindirli bir motora eşdeğer olan en yüksek birincil ve ikincil dengesizlik seviyelerini yaratır; ancak eşit ateşleme düzeni daha düzgün güç dağıtımı sağlar (dört silindirden fazla motorların üst üste binen güç strokları olmasa da).
• 180° krank mili: Bu konfigürasyonda birincil denge vardır ancak düzensiz bir ateşleme sırası ve sallanan bir çift vardır; ayrıca, ikincil dengesizlikler, 360 ° düz ikiz motorla karşılaştırıldığında yarısı kadar güçlüdür (ve iki katı frekansta).
• 270° krank mili: Bu konfigürasyon ikincil dengesizlikleri en aza indirir; bununla birlikte, birincil dönen düzlem dengesizliği mevcuttur ve ateşleme sırası düzensizdir. Egzoz notası ve güç dağıtımı, 90° V-twin motorunkine benzer.

Sıralı üç motorlar en yaygın olarak 120° krank mili tasarımı kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Ateşleme aralığı tamamen düzenlidir (güç vuruşları örtüşmese de).
• Birincil ve ikincil ileri geri hareket eden düzlem dengesi mükemmeldir.
• Birincil ve ikincil dönen düzlem dengesizlikleri mevcuttur.

Sıralı dört motor (aynı zamanda sıralı dört motor olarak da adlandırılır ) tipik olarak yukarı-aşağı-yukarı-yukarı 180° krank mili tasarımı kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Ateşleme aralığı tamamen düzenlidir (güç vuruşları örtüşmese de).
• Birincil ve ikincil karşılıklı düzlem dengesizlikleri mevcuttur.
• Dört pistonun da dönme frekansının iki katı fazda olması nedeniyle ikincil ileri geri hareket kuvvetleri yüksektir.
• Karşı ağırlıklar 1930'ların ortalarından beri binek otomobil motorlarında tam karşı ağırlık veya yarı karşı ağırlık ( yarım karşı ağırlık olarak da bilinir ) tasarımları olarak kullanılmaktadır.

Sıralı beş motorlar tipik olarak 72° krank mili tasarımı kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Daha az silindirli motorlardan daha yumuşak bir rölanti sağlayan, üst üste binen güç stroklarıyla mükemmel şekilde düzenli bir ateşleme aralığı.
• Birincil ve ikincil ileri geri hareket eden düzlem dengesi mükemmeldir.
• Birincil ve ikincil dönen düzlem dengesizlikleri mevcuttur.

Sıralı altı motorlar tipik olarak 120° krank mili tasarımı, 1–5–3–6–2–4 silindir ateşleme sırası kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Örtüşen güç vuruşlarıyla mükemmel bir düzenli atış aralığı. İki basit üçü bir arada egzoz manifoldunun kullanılması, motor bu konuda etkili bir şekilde iki ayrı sıralı üç motor gibi davrandığından, tek tip süpürme sağlayabilir.
• Birincil ve ikincil ileri geri hareket eden düzlem dengesi mükemmeldir.
• Birincil ve ikincil dönen düzlem dengesi mükemmeldir.

V motorları

V-twin motorlar aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• 90 derecelik bir V açısı ve ofset krank pimleri ile V-ikiz motor mükemmel bir birincil dengeye sahip olabilir.
• Paylaşılan bir krank pimi kullanılıyorsa (örneğin bir Ducati V-twin motorunda olduğu gibi), 360° krank mili, eşit olmayan bir ateşleme aralığına neden olur. Bu motorlar ayrıca birincil ileri geri hareket eden düzlem ve dönen düzlem dengesizliklerine sahiptir. Bağlantı çubuklarının krank mili boyunca farklı konumlarda olduğu durumlarda (ki bu, çatal ve bıçak bağlantı çubukları kullanılmadığı sürece ), bu ofset motor içinde bir sallanan çift oluşturur.

V4 motorları , 'V' açısı ve krank mili konfigürasyonları açısından birçok farklı konfigürasyonda gelir. Bazı örnekler:

• Lancia Fulvia dar V açısı ile V4 motorları bir düz dört motor, böylece ateşleme aralığı stoktaki V açılarına karşılık gelen krank pimi uzaklıklara sahiptir.
• Bazı V4 motorları düzensiz ateşleme aralığına sahiptir ve her tasarımın tüm dengeleme öğeleri açısından ayrı ayrı ele alınması gerekir. Honda RC36 motoru 90 ° V açısı ve 180 ateşleme aralıklarla 180 ° krank mili vardır ° -270 ° -180 ° -90 °, burada 360 derece içinde düzensiz ateşleme aralıklarla sonuçları ve krank mili dönme 720 derece içinde. Öte yandan, Honda VFR1200F motorunda 76° V açısı ve 28° ofseti olan paylaşılan krank pimlerine sahip 360° krank miline sahiptir, bu da 256°–104°–256°–104° ateşleme aralığı sağlar. Bu motor ayrıca ön-arka-arka-ön sıra dışı bir biyel kolu oryantasyonuna sahiptir ve ön silindir dizisindeki silindirler arasında arkaya göre çok daha geniş bir mesafe ('delik aralığı') vardır, bu da sallanma çiftlerinin azalmasına neden olur. daha geniş motor genişliği).

V6 motorları genellikle aşağıdaki konfigürasyonlarda üretilir:

• 60° V açısı: Bu tasarım, kompakt bir motor boyutu sağlar ve kısa krank mili uzunluğu burulma titreşimlerini azaltır. Dönen düzlem dengesizlikleri. Sol ve sağ silindir sıralarının (bağlantı çubuğunun ve krank ağının kalınlığından dolayı) sendelemesi, ileri geri hareket eden düzlem dengesizliğinin krank mili karşı ağırlıkları kullanılarak azaltılmasını zorlaştırır.
• 90° V açısı: Bu tasarım, geçmişte tasarım ve yapım maliyetlerini azaltmak için 90° V8 motordan iki silindirin kesilmesinden türetilmiştir. Erken bir örnek, 18° ofset krank miline sahip olan ve düzensiz ateşleme aralığına neden olan General Motors 90° V6 motorudur . Honda C motoru gibi daha yeni örnekler, 30° ofset krank pimleri kullanır ve bu da eşit bir ateşleme aralığı sağlar. 60° V açılı V6 motorlarına göre, bu motorlarda birincil ileri geri hareket eden düzlem ve dönen düzlem dengesizlikleri, kademeli silindir sıraları ve daha küçük ikincil dengesizlikler bulunur.

Düz motorlar

[Hassasiyet: "Düz" bir motor mutlaka "boksör" bir motor değildir. 'Düz' bir motor, 180 derecelik bir V motor veya bir 'boksör' motor olabilir. Ferrari 512BB'de kullanılan 180 derecelik bir V motor, bağlantı çubukları aynı krank dönüşünü kullanan karşıt silindir çiftlerine sahiptir. Bunun aksine, bir 'boksör' motorda, BMW motosikletlerinde olduğu gibi, her biyel kolu, karşı silindirin krank atışından 180 derece uzakta konumlanmış kendi krank atışına sahiptir.]

Düz ikiz motorlar tipik olarak 180° krank milleri ve ayrı krank atışları kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Birincil ve ikincil ileri geri hareket eden düzlem dengesi mükemmeldir.
• Birincil ve ikincil dönen düzlem dengesizliği mevcut.

Düz dörtlü motorlar tipik olarak sol-sağ-sağ-sol krank mili konfigürasyonu kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Birincil dengesizlikler, karşıt pistonların sallanan çiftlerinin sendeleyerek (önden arkaya ofset) olmasından kaynaklanır. Bu sallanan çiftin yoğunluğu, düz dörtlü bir motordan daha azdır, çünkü yukarı ve aşağı sallanan biyel çiftleri farklı ağırlık merkezi yüksekliklerinde hareket eder.
• İkincil dengesizlikler minimumdur.

Düz altı motorlar tipik olarak bir boxer konfigürasyonu kullanır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Üst üste binen güç vuruşlarıyla eşit aralıklı bir ateşleme aralığı. Her bir silindir sırası için basit bir üçü bir arada egzoz, tek tip süpürme sağlar, çünkü motor bu bağlamda etkin bir şekilde iki ayrı sıralı üç motor gibi davranır.
• Karşılıklı silindirler arasındaki krank mili boyunca olan mesafeden dolayı birincil ileri geri hareket eden düzlem ve dönen düzlem dengesizlikleri. Düz altılı bir motor, çatal-bıçak bağlantı çubukları kullanılsaydı mükemmel bir birincil dengeye sahip olurdu.
• İkincil dengesizlikler minimumdur, çünkü aynı fazda hareket eden silindir çiftleri yoktur ve dengesizlik çoğunlukla karşı silindir tarafından giderilir.
• Düz altılı motorun daha kısa olması nedeniyle burulma dengesizlikleri sıralı altılı motorlardan daha düşüktür.

buharlı lokomotifler

Bu bölüm, bir demiryolu lokomotifine monte edilmiş olarak, tahrik tekerlekleri ve akslar ile birbirine bağlanan iki buhar motorunun dengelenmesine bir giriş niteliğindedir .

Bir lokomotifteki dengesiz ataletlerin etkileri, çelik köprülerdeki sapmaların yanı sıra lokomotif hareketlerinin ölçümleri açıklanarak kısaca gösterilir. Bu ölçümler, titreşim genliklerini ve lokomotifin yanı sıra raylara ve köprülere verilen hasarı azaltmak için diğer tasarım özelliklerinin yanı sıra çeşitli dengeleme yöntemlerine olan ihtiyacı göstermektedir. Örnek lokomotif, iki dış silindir ve valf dişlisi, birleştirilmiş tahrik tekerlekleri ve ayrı bir ihale ile basit, bileşik olmayan bir tiptir. Üç ve dört silindirli lokomotifler için dengeleme yöntemleri karmaşık ve çeşitli olabileceğinden, farklı silindir düzenlemelerinin, krank açılarının vb. etkilerinden söz edilmeksizin yalnızca temel dengeleme ele alınmıştır. Matematiksel tedaviler 'ileri okumada' bulunabilir. Örneğin, Dalby'nin "Motorların Dengelenmesi", dengesiz kuvvetlerin ve çokgenlerin kullanıldığı çiftlerin tedavisini kapsar. Johnson ve Fry, cebirsel hesaplamaları kullanır.

Hızda, lokomotif ön-arka ve burun dalgalanma veya bir yandan diğer yana sallanma eğiliminde olacaktır. Aynı zamanda zift ve sallanma eğiliminde olacaktır. Bu makale, iki buhar motoru ve bunların birleştirilmiş tekerleklerindeki dengesiz atalet kuvvetlerinden ve çiftlerinden kaynaklanan bu hareketleri incelemektedir (bazı benzer hareketler, yol yüzeyindeki düzensizliklerden ve sertlikten kaynaklanabilir). İlk iki harekete, ileri geri hareket eden kütleler neden olur ve son ikisine, kılavuz çubuklar üzerindeki biyellerin eğik hareketi veya piston itmesi neden olur.

Dengelemenin izlenebileceği üç derece vardır. En temel olanı, bir tahrik tekerleği üzerindeki merkez dışı özelliklerin statik dengelenmesidir, yani krank pimi ve ona bağlı parçalar. Ek olarak, ileri geri hareket eden parçaların bir kısmının dengelenmesi ilave döner ağırlık ile yapılabilmektedir. Bu ağırlık, tekerlek üzerindeki merkez dışı parçalar için gerekli olan ağırlıkla birleşir ve bu ekstra ağırlık, tekerleğin aşırı balans yapmasına neden olarak çekiç darbesine neden olur . Son olarak, yukarıdaki denge ağırlıkları, dengesizliğin meydana geldiği düzlemde değil de tekerlek düzleminde olduğundan, tekerlek/aks grubu dinamik olarak dengelenmez. Buharlı lokomotiflerde dinamik dengeleme, çapraz dengeleme olarak bilinir ve ikinci düzlemin karşı tekerlekte olduğu iki düzlemli dengelemedir.

Kararsızlık eğilimi, belirli bir lokomotif sınıfının tasarımına göre değişecektir. İlgili faktörler arasında ağırlığı ve uzunluğu, yaylar ve dengeleyiciler üzerinde nasıl desteklendiği ve dengesiz hareketli bir kütlenin değerinin, lokomotifin yaysız kütlesi ve toplam kütlesi ile nasıl karşılaştırılacağı yer alır. İhalenin lokomotife bağlanma şekli de davranışını değiştirebilir. Rayın ağırlığı ve yol yatağının sertliği açısından rayın esnekliği, lokomotifin titreşim davranışını etkileyebilir.

Zorlu sürüş, düşük insan sürüş kalitesi vermesinin yanı sıra, hem lokomotif hem de palet bileşenlerinde aşınma ve kırılmalar için bakım maliyetleri doğurur.

Dengesizlik kaynakları

Tüm tahrik tekerlekleri, merkez dışı krank pimleri ve bağlı bileşenlerinden kaynaklanan bir dengesizliğe sahiptir. Ana tahrik tekerlekleri, ana çubuğun dönen kısmının yanı sıra en büyük krank pimine sahip oldukları için en büyük dengesizliğe sahiptir. Ayrıca valf dişli eksantrik krank ve eksantrik çubuğun arka ucuna sahiptirler. Bağlantılı tahrik tekerlekleri ile ortak olarak, yan çubuk ağırlığının kendi kısımlarına da sahiptirler. Ana çubuğun bir dönme hareketi atanan kısmı, başlangıçta her iki ucunda desteklenerek tartılarak ölçülmüştür. Dönen ve ileri geri hareket eden parçaları vurma merkezinin konumuna göre ayıran daha doğru bir yöntem gerekli hale geldi. Bu konum, çubuğun bir sarkaç gibi sallanmasıyla ölçülmüştür. Kalan tahrik tekerleklerindeki dengesizlik, bir krank pimi ve yan çubuk ağırlığından kaynaklanır. Her bir krank pimine atanan yan çubuk ağırlıkları, çubuğun krank pimleri olduğu kadar çok terazide askıya alınması veya hesaplama yoluyla ölçülür.

Piston-çaprazkafa-ana-çubuk-valf-hareket bağlantısı dengesizdir ve ileri geri bir dalgalanmaya neden olur. 90 derecelik ayrılıkları sallanan bir çifte neden olur.

Dengesizliğin etkilerinin ölçülmesi

Tüm lokomotif, dengesiz atalet kuvvetlerinin etkisi altında hareket etme eğilimindedir. Dengesiz lokomotifler için yatay hareketler, 1850 civarında Fransa'da M. Le Chatelier tarafından bir binanın çatısından iplere asılarak ölçülmüştür. 40 MPH'ye kadar eşdeğer yol hızlarına kadar çalıştırıldılar ve yatay hareket, tampon kirişe monte edilmiş bir kalemle çizildi. İz, ileri geri ve sallanma hareketlerinin birleşik hareketiyle oluşan eliptik bir şekildi. Şekil , dengesiz lokomotiflerden biri için 5 ⁄ 8 inçlik bir kare içine alınabilir ve dönen ve ileri geri hareket eden kütlelere ağırlıklar eklendiğinde bir noktaya indirgenebilir.

Ray üzerindeki dikey dengesizliğin veya değişen tekerlek yükünün etkisi, 1895'te ABD'de Profesör Robinson tarafından ölçülmüştür. Köprü sapmalarını veya gerilmelerini ölçmüş ve statik değere göre %28'lik bir artışı dengesiz sürücülere bağlamıştır. .

Lokomotiflerdeki artık dengesizlik, Pennsylvania Demiryolu test tesisinde üç şekilde değerlendirildi. Özellikle, 1904'te Louisiana Satın Alma Fuarı'nda sekiz lokomotif test edildi. Üç ölçüm şunlardı:

1. Kritik hız. Bu, dengesiz pistonlu parçaların lokomotifin çekişini tersine çevirdiği hız olarak tanımlandı. Daha yüksek hızlarda bu hareket, amortisörlerdeki yağ akışının kısılmasıyla sönümlendi. Kritik hız, bir Baldwin tandem bileşiği için 95 RPM'den bir Cole bileşiği Atlantic için 310 RPM'nin üzerine kadar değişti.
2. pilottaki yatay hareket. Örnek olarak, Baldwin bileşiği Atlantic, Cole bileşiği Atlantic için 0.10 inç ile karşılaştırıldığında 65 MPH'de yaklaşık 0.80 inç hareket etti.
3. Tesis destek tekerlekleri üzerindeki yükün niteliksel bir değerlendirmesi. Tekerleklerin altından 0.060 inç çapında bir tel geçirildi. Deforme olmuş telin ölçülmesi, tekerlek üzerindeki dikey yükün bir göstergesini verdi. Örneğin, bir Cole bileşiği Atlantic, 75 MPH'ye kadar olan tüm hızlar için 0.020 inç kalınlığından çok az değişiklik gösterdi. Buna karşılık, 75 MPH'de bir Baldwin Atlantik bileşiği deformasyon göstermedi, bu da tekerleğin tamamen kaldırıldığını gösteren, hızlı bir dönüş etkisi ile 30 derecelik tekerlek dönüşü, sadece 20 derecelik aşırı dönüş, 0,020'lik çekiçsiz darbe deformasyonu için. inç.

Kabindeki sürüş nitelikleri açısından bir yolculukta kalitatif değerlendirmeler yapılabilir. Sıkışmış takozlar, bozuk ekolayzerler ve motor ile tekerlek arasındaki boşluk gibi ilgisiz faktörler sert sürüşe neden olabileceğinden, daha iyi bir denge gereksiniminin güvenilir bir göstergesi olmayabilirler. Ayrıca, lokomotif ağırlık merkezine göre dengesiz bir dingilin konumu, kabindeki hareketin kapsamını belirleyebilir. AH Fetters, 4-8-2'de cg altında 26.000 lb dinamik artırmanın etkilerinin kabinde görünmediğini, ancak diğer herhangi bir aksta aynı artışın olacağını söyledi.

Tekerleklerin statik balansı

Denge ağırlıkları, dengesizliğe neden olan parçaların karşısına takılır. Bu ağırlıklar için mevcut olan tek düzlem, tekerleğin kendisindedir ve bu, tekerlek/aks tertibatında balans dışı bir çift ile sonuçlanır. Tekerlek sadece statik olarak dengelenmiştir.

Karşılık gelen ağırlığın statik dengelenmesi

Pistonlu ağırlığın bir kısmı, tekerleğe ilave bir döner ağırlık eklenerek dengelenir, yani yine de sadece statik olarak dengelenir. Aşırı denge, her iki terim de aşağıdaki referanslarda verilenle aynı tanıma sahip olan, çekiç darbesi veya dinamik artırma olarak bilinen duruma neden olur. Çekiç darbesi, statik ortalamaya göre değişir, her bir tekerlek dönüşünde dönüşümlü olarak eklenir ve çıkarılır. Amerika Birleşik Devletleri'nde dinamik güçlendirme olarak bilinir, bir tasarımcının karşılıklı dengeyi tekerleklere dahil ederek ileri geri hareket eden parçaları dengeleme girişiminin neden olduğu dikey bir kuvvet.

Çekiç darbesi terimi, kuvvet sürekli değiştiğinden ve sadece aşırı durumlarda, tekerlek bir an için raydan kalktığında, geri aşağı indiğinde gerçek bir darbe olduğu için, ne olduğunu çok iyi tanımlamaz.

Yaklaşık 1923 yılına kadar Amerikan lokomotifleri, ana aks yükünde, dengesiz çiftten devir başına ortalamanın üstünde ve altında yalnızca 20.000 lb'ye kadar değişiklikle statik koşullar için dengelendi. Zorlu sürüş ve hasar, toplam lokomotif ağırlığının bir oranı olarak veya Franklin tamponu, lokomotif artı hassas ağırlık ile dengelenecek pistonlu ağırlık oranının tanımlanması dahil olmak üzere dinamik dengeleme önerilerine yol açtı.

Değişen tekerlek/ray yükünün farklı bir kaynağı olan piston itişi, bu terimlerin standart tanımlarında görünmese de bazen yanlış bir şekilde çekiç darbesi veya dinamik güçlendirme olarak adlandırılır. Ayrıca daha sonra açıklanacağı gibi tekerlek devri başına farklı bir forma sahiptir.

Tahrik tekerleklerine ağırlık eklemeye bir alternatif olarak, lokomotifin etkin kütlesini ve dingil mesafesini artıracak sıkı bir bağlantı kullanılarak ihale takılabilir. Prusya Devlet Demiryolları, karşılıklı dengeye sahip olmayan, ancak sert bir hassas bağlantıya sahip iki silindirli motorlar üretti. Geç Amerikan lokomotifleri için eşdeğer bağlantı, sürtünme sönümlü radyal tampondu.

Tekerlek/aks grubunun dinamik balansı

Tekerleklerdeki krank pimi ve çubuk ağırlığı, statik denge ağırlığı için tekerlek düzlemi konumunun dışındaki bir düzlemdedir. Hızdaki dengesiz çiftin dengelenmesi gerekiyorsa, iki düzlemli veya dinamik dengeleme gereklidir. Kullanılan ikinci düzlem karşı tekerlektedir.

Bir lokomotif tekerlek setinin iki düzlemli veya dinamik olarak dengelenmesi, çapraz dengeleme olarak bilinir. Çapraz dengeleme, 1931 yılına kadar Amerikan Demiryolu Birliği tarafından tavsiye edilmedi. O zamana kadar Amerika'da yalnızca statik dengeleme yapıldı, ancak inşaatçılar belirtildiğinde ihracat lokomotifleri için çapraz dengeleme içeriyordu. Avrupa'daki inşaatçılar, Le Chatelier teorisini 1849'da yayınladıktan sonra çapraz dengelemeyi benimsediler.

Kabul edilebilir çekiç darbesinin belirlenmesi

Belirli bir köprü tasarımı için maksimum tekerlek ve aks yükleri belirlenir, böylece çelik köprülerin gerekli yorulma ömrü elde edilebilir. Aks yükü genellikle iki tekerlek yükünün toplamı olmayacaktır, çünkü çapraz dengelemenin hareket çizgisi her bir tekerlekte farklı olacaktır. Lokomotifin statik ağırlığı bilinerek, ileri geri hareket eden parçaları kısmen dengelemek için her bir tekerleğe konulabilecek aşırı denge miktarı hesaplanır. Geçen bir lokomotifin altındaki bir köprüde ölçülen suşlar ayrıca piston itmesinden bir bileşen içerir. Bu, her bir tekerlekte izin verilen aşırı denge için yukarıdaki hesaplamalarda ihmal edilmiştir. Dikkate alınması gerekebilir.

Tekerleğin çekiç darbesine tepkisi

Dönen kuvvet, tekerlek yükünü dönüşümlü olarak azalttığı ve her devirde artırdığı için, temas alanındaki sürdürülebilir çekiş gücü, tekerlek devri başına bir kez düşer ve tekerlekler kayabilir. Kaymanın gerçekleşip gerçekleşmediği, çekiç darbesinin aynı anda tüm bağlı tekerleklerde nasıl karşılaştırıldığına bağlıdır.

Yüksek kayma hızlarından kaynaklanan aşırı çekiç darbesi, pistonlu ağırlığın %40'ını dengelemek için 1934 AAR tavsiyesini izleyen yeni Kuzey Amerika 4–6–4 ve 4–8–4'lerde bükülmüş rayların bir nedeniydi.

Tekerlekteki dengesiz atalet kuvvetleri, palet rijitliğine bağlı olarak farklı dikey salınımlara neden olabilir. Yolun yağlanmış bölümleri üzerinde yapılan kayma testleri, bir durumda, 165 mil / saat kayma hızında rayda hafif işaretler olduğunu, ancak daha yumuşak raylarda 105 mil hızla ciddi ray hasarı olduğunu gösterdi.

Piston kolu açısallığından kaynaklanan itme

Buhar motoru çapraz kafa kayar yüzeyi, krank pimi üzerindeki biyel kolu kuvvetine tepki verir ve krank milinin her dönüşü sırasında sıfır ile maksimum iki kez arasında değişir.

Tekerleğin her dönüşü için dönüşümlü olarak eklenen ve çıkarılan çekiç darbesinden farklı olarak, piston itişi, hareket yönüne ve lokomotifin boşta mı yoksa sürükleniyor mu olduğuna bağlı olarak, devir başına iki kez yalnızca statik ortalamaya ekler veya bundan çıkarır.

Bir demiryolu lokomotifinde kullanıldığı gibi, çift etkili bir buhar motorunda, ileriye doğru hareket ederken kaydırma çubuğu üzerindeki dikey itmenin yönü daima yukarı doğrudur. Biyel ile krank arasındaki açı en büyük olduğunda, strok sonunda sıfırdan yarım strokta maksimuma kadar değişir. Krank pimi, yanaşma sırasında olduğu gibi pistonu çalıştırdığında, piston itişi aşağı doğrudur. Maksimum baskının konumu, kaydırma çubuklarının ortasında artan aşınma ile gösterilir.

Değişken kuvvetin üst kızak üzerindeki eğilimi, makineyi yarım strokta kurşun yaylarından kaldırmak ve strok sonunda aşağı indirmektir. Bu, bir yalpalamaya neden olur ve iki silindir için maksimum yukarı kaldırma kuvveti aynı anda olmadığından, aynı zamanda yaylar üzerinde yuvarlanma eğiliminde olacaktır.

Diğer makinelerin dengelenmesiyle benzerlikler

Lokomotif tekerleklerinin, diğer düzlemlerde var olan balanssızlık için dengeleme düzlemleri olarak tekerlekleri kullanan dinamik balansı, jet motoru kompresörü/türbin tertibatları gibi diğer rotorların dinamik balansına benzer. Monte edilmiş rotordaki artık dengesizlik, uçağa takılı motorla erişilebilen iki düzleme denge ağırlıkları takılarak düzeltilir. Bir düzlem fanın önünde, diğeri ise son türbin aşamasındadır.

Ayrıca bakınız

• Balans makinesi
• Gürültü, titreşim ve sertlik

Referanslar

alıntılar

Kaynaklar

• Swoboda, Bernard (1984), Mécanique des moteurs alternatifs , 331 sayfa, 1, rue du Bac 75007, PARIS, FRANCE: Editions TECHNIP, ISBN 9782710804581CS1 bakımı: konum ( bağlantı )
• Foale, Tony (2007), Bazı denge bilimi (PDF) , Tony Foale Designs: Benidoleig, Alicante, İspanya, arşivlendi (PDF) orijinalinden 2013-12-27 , alındı 2013-11-04
• Taylor, Charles Fayette (1985), Teori ve Uygulamada İçten Yanmalı Motor , Cilt. 2: Yanma, Yakıtlar, Malzemeler, Tasarım, Massachusetts: MIT Press, ISBN 0-262-70027-1 |volume=fazladan metin var ( yardım )
• Daniel Kinnear Clark (1855), Demiryolu Makineleri , 1. Baskı, Blackie and Son
• Johnson, Ralph (2002), Buharlı Lokomotif , Simmons-Boardman
• Fry, Lawford H. (1933), "Lokomotif Karşı Dengeleme", Amerikan Makine Mühendisleri Derneği'nin İşlemleri
• Dalby, WB (1906), Motorların Dengelenmesi , Edward Arnold, Bölüm IV – Lokomotiflerin Dengelenmesi
• Bevan, Thomas (1945), Makineler Teorisi , Longmans, Green and Co.