Википедија

Radilica (motor)

Radilica ili kolenasto vratilo je rotirajuća osovina, koja (zajedno sa šipkama) pretvara povratno kretanje klipova u rotaciono kretanje. Radilice se obično koriste u motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem i sastoje se od niza radilica i držača radilica na koje su pričvršćeni klipnjači . [1]

Radilica (prikazana crvenom bojom), klipovi sa šipkama (siva), cilindri (plava) i zamašnjak (crni) za četvorotočni motor

Radilica se okreće unutar bloka motora korišćenjem glavnih ležajeva, a radilice se okreću unutar šipki pomoću ležajeva šipki. Radilice se obično prave od metala, a većina modernih radilica je izrađena pomoću kovanog čelika.

Istorija uredi

Zapadni svijet uredi

Klasična antika uredi

 
Rimska radilica je datirana u 2. vijek nove ere. Desna ručka je izgubljena. [2]

Rimska gvozdena radilica još nepoznate namjene koja potiče iz drugog veka iskopana je u Augustu Rauricu, u Švajcarskoj . 82.5 cm dugačak komad je pričvršćeno na kraj 15 cm dugačke brončane ručke, a druga ručka je izgubljena. [3] [2]

 
Rimska pilana Hierapolis iz 3. vijeka nove ere, najranija poznata mašina za kombinovanje poluge sa klipom. [4]

Najraniji dokazi, bilo gdje u svetu, za radilicu i šipku za spajanje u mašini pojavljuju se u kasnoj rimskoj pilani Hierapolis iz 3. vijeka nove ere i dvije rimske pilane kamena u Gerasi, rimskoj Siriji i Efesu, Maloj Aziji (obe iz 6. vijeka nove ere). [4] Na postolju mlina u Hierapolisu prikazan je vodeni točak hranjen mlinskim jazom koji prenosi snagu kroz zupčanik na dvije okvirne testere, koje su rezale pravougaone blokove pomoću nekih šipki i, preko mehaničkih potreba, radilice. Prateći natpis je na grčkom . [5]

Ostale dvije arheološki atestirane pilane radilice i klipnih mehanizama radile su bez zupčanika . [6] [7] U drevnoj literaturi nalazimo referencu na rad mramornih testera sa vodom na vodi blizu Trira, sada Njemačke, pjesnika Ausonija sa kraja 4. vijeka; [4] otprilike u isto vrijeme, čini se da ove vrste mlina navodi i hrišćanski svetac Grgorije Niski iz Anatolije, pokazujući raznoliku upotrebu vodne energije u mnogim dijelovima Rimskog carstva . [8] Tri pronalaska potiskuju datum pronalaska ručice i poluge za povratak za cio milenijum; prvi put su sve bitne komponente mnogo kasnijeg parnog stroja spojene jednom tehnološkom kulturom:

With the crank and connecting rod system, all elements for constructing a steam engine (invented in 1712) — Hero's aeolipile (generating steam power), the cylinder and piston (in metal force pumps), non-return valves (in water pumps), gearing (in water mills and clocks) — were known in Roman times.[9]

Srednji vek uredi

 
Vigevano ratna kočija

Italijanski ljekar Guido da Vigevano (oko 1280-1349), planirajući novi krstaški rat, napravio je ilustracije za veslački čamac i ratne kočije koje su pokretale ručno okrenute složene ručice i točkovi zupčanika (sredina slike). [10] Lutrelov psalter, koji datira oko 1340. godine, opisuje brusilicu rotiranu sa dvije radilice, po jednu na svakom kraju svoje osovine; zupčasti ručni mlin, operisan jednim ili dva kraka, pojavio se kasnije u 15. veku; [11]

Renesansa uredi

 
Čamac sa veslom iz 15. vijeka čija vesla su okretana sa radilicom sa jednim bacanjem (Anonimous Husitskih ratova)

Prvi prikazi složene ručice u stolarskoj ručnoj bušilici pojavljuju se između 1420. i 1430. u različitim sjevernoevropskim umjetničkim djelima. [12] Brzo usvajanje složene drške može se pratiti u djelima Anonimusa Husitskih ratova, nepoznatog njemačkog inženjera koji piše o stanju vojne tehnologije svog dana: prvo, povezujuća šipka, pričvršćena na drške, ponovo se pojavila, drugo, dvostruke složene ručice takođe su počele da se opremaju klipnjačama i treće, zamašnjak je korišćen za te ručice da bi ih prešao preko "mrtve tačke". [13]

U renesansnoj Italiji, najraniji dokazi o složenoj ručici i šipkama nalaze se u knjigama skica Tacola, ali uređaj je i dalje mehanički pogrešno shvaćen. [13] Zvuk uključenog pokreta ručice pokazuje malo kasnije Pisanello koji je naslikao klip-pumpu pokretanu vodenim točkom, a upravljao je sa dva jednostavna radilica i dva klipnjača.

 
Pumpa za podizanje vode koju pokreću ručica i mehanizam šipke ( Georg Andreas Bokler, 1661)

Jedan od crteža Anonimusa Husitskih ratova prikazuje brod sa parom točkova na svakom kraju koji su okretali muškarci koji upravljaju ručicama (vidi gore). Koncept je znatno poboljšao Italijan Roberto Valturio 1463. godine, koji je osmislio brod sa pet setova, gdje su paralelne radilice spojene u jedan izvor napajanja pomoću jedne šipke [14], ideju koju je preuzeo i njegov sunarodnik. Frančesko di Giorgio . [15]

Radilicu su opisali i Konrad Kieser (umro 1405), Leonardo da Vinci (1452–1519) [16] i holandski „farmer“, po imenu Kornelis Korneliszon van Uitgest 1592. godine. Njegova pilana na vetar koristila je radilicu za pretvaranje kružnog pokreta vjetrenjače u kretanje nazad i naprijed kojim se napaja motorna pila. Korneliszon je dobio patent za svoju radilicu 1597. godine.

Od 16. vijeka pa nadalje, dokazi o ručicama i klipnjačama integrisanim u konstrukciju mašina postaju obilni u tehnološkim obradama perioda: Razne i umjetne mašine Agostina Ramellija iz 1588. godine prikazuje osamnaest primjera, broj koji se povećava u Teatrum Mašinarum Novum Georga Andreasa Boklera na 45 različitih mašina, što je jedna trećina ukupno. [17]

Bliski i Daleki istok uredi

Al-Jazari (1136 – 1206) opisao je sistem ručica i povešujućih šipki u rotirajućoj mašini u dvije svoje mašine za podizanje vode. [16] Njegova dvocilindrična pumpa imala je radilicu, [18] ali uređaj je bio nepotrebno složen što ukazuje na to da još uvijek nije u potpunosti razumio koncept pretvaranja snage. [19] U Kini se čini da potencijal ručice za pretvaranje kružnog kretanja u recipročni nikada nije u potpunosti ostvaren, a drška je obično bila prisutna na takvim mašinama sve do prelaza 20. veka. [20]

Dizajn uredi

 
Klipovi (gornji), klipnjača (srednja) i radilica (donja) za klipni motor
 
Shema rada radilice, klipnjače i klipa
 
Pritisnuti zajedno radilicu

Radilica je podržana od strane bloka motora, pri čemu glavni ležajevi motora omogućavaju okretanje radilice unutar bloka. Kretanje prema gore svakog klipa prenosi se na radilicu preko klipnjača. Zamajac je često pričvršćen na jedan kraj radilice, kako bi se sačuvala rotaciona energija i održavala ujednačena brzina rotacije, jer radilica prima energiju iz šipki kao niz impulsa. To pomaže u izglađivanju isporuke snage i često u kombinaciji s harmoničnim amortizerom - pričvršćenim na drugi kraj radilice - smanjuje torzijske vibracije.

Radilica je izložena velikim naponima, u nekim slučajevima i više od 8,6 tonnes (19.000 pounds) po cilindru. [21] Radilice za jednocilindrične motore obično su jednostavnijeg dizajna nego za motore sa više cilindara.

Radilice mogu biti jednodjelne odkovke ili prešane zajedno sa odvojenim pojedinačnim ručicama, osovinama, koje se ponekad nazivaju „ugrađenom radilicom“. U većini automobilskih primjena ( četvorotaktni motori ) koristi se jednodjelno kovanje zajedno sa običnim ležajevima koji se oslanjaju na stalno snabdijevanje motornim uljem pod pritiskom. Ovo ulje pod pritiskom popunjava zazor između ležajeva i žljebova radilice i stvara tanki hidrodinamički sloj ulja koji „lebdi“ metalne površine razdvojeno kako ne bi došlo do kontakta metala sa metalom kako se dijelovi okreću. Ovaj uljni film ima vrlo malo trenja i sve dok se održava pritisak ulja može lako da podnese sile koje nastaju ubrzanjem klipa, usporavanjem, preokretom i zamahom velikih krajeva.

Dvotaktni motori koriste zapečaćene radilice kao dio uvođenja svježeg goriva / vazduha u cilindar. Ovo isključuje upotrebu običnih glavnih i ležajeva radilice pod pritiskom ulja. Umjesto toga, koriste se kuglični i igličasti ležajevi kotrljajućeg valjka, a osovina radilice je sastavljena od više komada koji su spojeni zajedno pomoću jednodelnih obruča, umjesto dvodijelnog dizajna rotora sveprisutnog u običnom ležaju sa 4-taktnim motorom. Podmazivanje dvotaktne radilice je putem ulja pomiješanog sa gorivom, bilo u rezervoaru za gorivo (mješavina) ili preko posebnog sistema za podmazivanje koji dovodi ulje u radilicu i miješa se sa gorivom u zavisnosti od broja obrtaja i opterećenja. Iako se uglavnom koriste u dvotaktnim motorima (sve od motornih testera do velikih višecilindričnih vanbrodskih motora), neki stariji četvorotaktni motori (uglavnom motocikli) koriste ugrađene rolo radilice.

Ležajevi uredi

Radilica se može okretati u bloku motora zbog glavnih ležajeva. Pošto je radilica izložena velikim bočnim silama svakog cilindra, ležajevi su smješteni u različitim tačkama duž radilice, a ne samo jedan na svakom kraju. To je bio faktor kod V8 motora koji su zamijenili pravih osam motora tokom 1950-ih. Duge radilice ove poslednje patile su od neprihvatljive količine naprezanja kada su dizajneri motora počeli da koriste veće omjere kompresije i veće brzine motora (RPM). Iz tog razloga motori visokih performansi često imaju više glavnih ležajeva od rođaka slabijeg učinka.

Poprečni nivo vs ravni nivo uredi

Većina V8 motora koristi pogonske mehanizme na razmaku od 90°, što se naziva "poprečni nivo" konfiguracijom (kao što su Ford Modular motor i General Motors LS motor ). Nekoliko visokih performansi V8 motora (kao što je Ferari 355 ) umjesto toga koristi radilicu „ravnog nivoa“ sa bacanjima na razmaku od 180°, što u osnovi rezultira dvama četvorocilindričnim motorima koji rade u zajedničkom kućištu.

Ravni nivo motori su obično u mogućnosti da obrću više, ali imaju više vibracija. Rotacijske osovine ravnih ravnina korišćene su na nekoliko ranih V8 motora.

Balans motora uredi

Za neke motore potrebno je obezbjediti protutežu za povratnu masu svakog klipa i klipnjače za poboljšanje ravnoteže motora. Obično su liveni kao dio radilice, ali povremeno su i pričvršćeni.

Kompanija Hudson Motor Kar je 1916. godine započela proizvodnju prvih motora koji koriste balansirane radilice, što je omogućilo pokretanje motora sa većim brzinama obrtaja (RPM) od savremenih motora.

Leteće krakovi uredi

 
Dizalica sa letećim krakovima (klip u obliku bumeranga između klina)

U nekim motorima, radilica sadrži direktne veze između susjednih spajalica poluga, bez uobičajenog srednjeg glavnog ležaja. Ove veze se nazivaju letećim krakovima . [22] ( str. 16, 41 ) Ovakav raspored se ponekad koristi u V6 i V8 motorima, jer omogućava da se motor konstruiše pod različitim V uglovima nego što bi inače bilo potrebno da se stvori ravnomjerni interval paljenja, a pritom se koristi i manje glavnih ležajeva nego što bi se obično trebalo kod jednog klipa po radilici. Ovakav raspored smanjuje masu i dužinu motora na račun smanjene krutosti radilice.

Hod klipa uredi

Udaljenost koju osovina radilice izbacuje od ose radilice određuje dužinu hoda motora.

Uobičajeni način povećanja obrtnog momenta sa malim obrtajem obrtaja motora je povećanje takta, ponekad poznato i kao „udaranje“ motora. Tradicionalno, zamjena za dugotrajni motor bila je smanjena snaga i povećana vibracija pri visokim obrtajima.

Protivutezi uredi

Neke radilice visokih performansi takođe koriste protivutege od teških metala da bi radilicu postale kompaktnije. Teški metal koji se najčešće koristi je legura volframa, ali se koristi i osiromašeni uranijum . Jeftinija opcija je upotreba olova, ali u poređenju sa volframom njegova gustina je znatno niža.

Radilice sa obrnutim rotiranjem uredi

Uobičajena konstrukcija za klipne motore je ona u kojoj je svaka klipnjača pričvršćena na jednu radilicu, pri čemu ugao klipnjače varira dok se klip kreće kroz svoj hod. Ova varijanta ugla rezultira bočnim silama na klipovima, gurajući klipove na zid cilindra. Ova bočna sila izaziva dodatno trenje između klipa i stijenke cilindra [23] i može prouzrokovati dodatno trošenje stijenke cilindra.

Da bi se izbjegle ove bočne sile, svaki klip može biti povezan sa dvije radilice koje se okreću u suprotnim smjerovima, što ukida bočne sile. Ovaj raspored takođe smanjuje potrebu za protutegama, smanjujući masu radilice. Rani primer rasporeda radilice sa okretnim vratilom su motori sa ravnim dvostrukim motorima kompanije Lenhester 1900-1904.

Konstrukcija uredi

Kovanje, livenje i obrada uredi

 
Brodske radilice kontinentalnog motora, 1942
 
Kovana radilica

Najčešći načini konstrukcije radilice su kovanje (obično putem kovanja valjkom) ili livenje. Većina radilica je izrađena u jednom komadu, ali neki manji i veći motori koriste radilice sastavljene iz više komada.

Nedavno, kovanje je postalo najčešći način konstrukcije radilica, zbog njihove lakše mase, kompaktnijih dimenzija i bolje inherentno prigušenje. Kod kovanih radilica uglavnom se koriste vanadijum mikrolegirani čelici jer se ovi čelici mogu hladiti vazduhom nakon postizanja visokih čvrstoća bez dodatne termičke obrade (osim površinskog očvršćivanja ležajnih šipki). Nizak sadržaj legura takođe čini materijal jeftinijim od visoko legiranih čelika.

Livenje (korišćenje livenog gvožđa) se danas uglavnom koristi za radilice u jeftinijim motorima slabijeg učinka.

Radilice mogu da se mašinski obrađuju iz jedne gredice čelika. Ove radilice su obično skupe zbog velike količine materijala koji se mora ukloniti tokarilicama i glodalicama, visokih troškova materijala i dodatne termičke obrade. Kako nisu potrebni skupi alati, ovaj način proizvodnje se uglavnom koristi za motore male zapremine. U mašinski obrađenim radilicama, protok vlakana (lokalne nehomogenosti materijala uzrokovane postupkom livenja) ne prati oblik radilice, ali to je rijetko problem jer mašinski obrađene radilice često koriste čelik višeg kvaliteta od kovanih radilica.

Umor uredi

Da bi se poboljšala snaga umora, na krajevima svakog glavnog i ležaja radilice često se kotrlja radijus. Sam radijus smanjuje naprezanje u ovim kritičnim područjima, ali pošto se radijus u većini slučajeva kotrlja, to takođe ostavlja određeno pritisno zaostalo naprezanje na površini, što sprečava formiranje pukotina.

Mikrofiniširanje je postupak brušenja da bi se postigao gladak finiš na površini metalnog predmeta, koji se takođe koristi za sprečavanje pukotina nastalih usled stresa zamora.

Noseće površine uredi

Većina radilica za masovnu proizvodnju koristi indukcijsko kaljenje za noseće površine. Neke radilice visokih performansi, posebno radilice, koriste nitrizaciju . Za radilice koje djeluju na valjkaste ležajeve, upotreba karburizacije ima prednost zbog visokih kontaktnih naprezanja u takvim situacijama.

Reference uredi

  1. ^ „Definition of CRANKSHAFT”. Merriam-Webster Dictionary (na jeziku: engleski). 
  2. ^ a b Schiöler 2009, str. 113f.
  3. ^ Laur-Belart 1988, str. 51–52, 56, fig. 42
  4. ^ a b v Ritti, Grewe & Kessener 2007, str. 161:

    Because of the findings at Ephesus and Gerasa the invention of the crank and connecting rod system has had to be redated from the 13th to the 6th c; now the Hierapolis relief takes it back another three centuries, which confirms that water-powered stone saw mills were in use when Ausonius wrote his Mosella.
  5. ^ Ritti, Grewe & Kessener 2007, str. 139–141
  6. ^ Ritti, Grewe & Kessener 2007, str. 149–153
  7. ^ Mangartz 2010
  8. ^ Wilson 2002, str. 16
  9. ^ Ritti, Grewe & Kessener 2007, str. 156, fn. 74
  10. ^ Hall 1979, str. 80
  11. ^ White, Jr. 1962, str. 111
  12. ^ White, Jr. 1962, str. 112
  13. ^ a b White, Jr. 1962, str. 113
  14. ^ See this illustration (top)
  15. ^ White, Jr. 1962, str. 114
  16. ^ a b Ahmad Y Hassan. The Crank-Connecting Rod System in a Continuously Rotating Machine.
  17. ^ White, Jr. 1962, str. 172
  18. ^ Sally Ganchy, Sarah Gancher (2009), Islam and Science, Medicine, and Technology, The Rosen Publishing Group, str. 41, ISBN 1-4358-5066-1 
  19. ^ White, Jr. 1962, str. 170:

    However, that al-Jazari did not entirely grasp the meaning of the crank for joining reciprocating with rotary motion is shown by his extraordinarily complex pump powered through a cog-wheel mounted eccentrically on its axle.
  20. ^ White, Jr. 1962, str. 104:

    Yet a student of the Chinese technology of the early twentieth century remarks that even a generation ago the Chinese had not 'reached that stage where continuous rotary motion is substituted for reciprocating motion in technical contrivances such as the drill, lathe, saw, etc. To take this step familiarity with the crank is necessary. The crank in its simple rudimentary form we find in the [modern] Chinese windlass, which use of the device, however, has apparently not given the impulse to change reciprocating into circular motion in other contrivances'. In China the crank was known, but remained dormant for at least nineteen centuries, its explosive potential for applied mechanics being unrecognized and unexploited.
  21. ^ „How to Build Racing Engines: Crankshafts Guide”. www.musclecardiy.com. 5. 4. 2015. Pristupljeno 27. 10. 2019. 
  22. ^ Nunney, Malcolm J. (2007). Light and Heavy Vehicle Technology (4th izd.). Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8037-0. 
  23. ^ Andersson BS (1991), Company's perspective in vehicle tribology. In: 18th Leeds-Lyon Symposium (eds D Dowson, CM Taylor and MGodet), Lyon, France, 3-6 September 1991, New York: Elsevier, str. 503—506 

Literatura uredi

  • Nunney, Malcolm J. (2007). Light and Heavy Vehicle Technology (4th izd.). Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8037-0. 
  • Frankel, Rafael (2003), „The Olynthus Mill, Its Origin, and Diffusion: Typology and Distribution”, American Journal of Archaeology, 107 (1): 1—21, S2CID 192167193, doi:10.3764/aja.107.1.1 
  • Hägermann, Dieter; Schneider, Helmuth (1997), Propyläen Technikgeschichte. Landbau und Handwerk, 750 v. Chr. bis 1000 n. Chr. (2nd izd.), Berlin, ISBN 3-549-05632-X 
  • Hall, Bert S. (1979), The Technological Illustrations of the So-Called "Anonymous of the Hussite Wars". Codex Latinus Monacensis 197, Part 1, Wiesbaden: Dr. Ludwig Reichert Verlag, ISBN 3-920153-93-6 
  • Laur-Belart, Rudolf (1988), Führer durch Augusta Raurica (5th izd.), Augst 
  • Lucas, Adam Robert (2005), „Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds. A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe”, Technology and Culture, 46 (1): 1—30, S2CID 109564224, doi:10.1353/tech.2005.0026 
  • Mangartz, Fritz (2010), Die byzantinische Steinsäge von Ephesos. Baubefund, Rekonstruktion, Architekturteile, Monographs of the RGZM, 86, Mainz: Römisch-Germanisches Zentralmuseum, ISBN 978-3-88467-149-8 
  • Needham, Joseph (1986), Science and Civilisation in China: Volume 4, Physics and Physical Technology: Part 2, Mechanical Engineering, Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1 
  • Nunney, Malcolm J. (2007), Light and Heavy Vehicle Technology (4th izd.), Elsevier Butterworth-Heinemann, ISBN 978-0-7506-8037-0 
  • Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), „A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications”, Journal of Roman Archaeology, 20: 138—163, S2CID 161937987, doi:10.1017/S1047759400005341 
  • Schiöler, Thorkild (2009), „Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle”, Helvetia Archaeologica, 40 (159/160), str. 113—124 
  • Volpert, Hans-Peter (1997), „Eine römische Kurbelmühle aus Aschheim, Lkr. München”, Bericht der Bayerischen Bodendenkmalpflege, 38: 193—199, ISBN 3-7749-2903-3 
  • White, Lynn Jr. (1962), Medieval Technology and Social Change, Oxford: At the Clarendon Press 
  • Wilson, Andrew (2002), „Machines, Power and the Ancient Economy”, The Journal of Roman Studies, 92, str. 1—32 
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Радилица_(мотор)&oldid=27552203”