Giriş: İçten yanmalı pistonlu motorların doğrusal ve döner yörüngelerde yüksek hızlar ile çalışan parçalarının bulunmasından dolayı, dengelenmemiş en küçük kütleler dahi önemli ölçüde atalet kuvvetleri oluştururlar. Hareketli parçaların kinematik ve dinamik olarak modellenip oluşan toplam sarsıntı kuvvetlerini en aza indirebilmek için dengeleyici amaçlı karşı ağırlıklar kullanılması gerekir. Dengelemenin amacı; atalet kuvvetlerini yok etmek değil, aksine onlara zıt yönde eş atalet kuvvetleri oluşturarak birbirini dengelemek ve böylece toplam atalet kuvvetlerini en aza indirmektir. Krankın dönüşü sırasında krank biyel mekanizması vasıtası ile oluşturulan piston hareketi incelenirse piston kolunun uzunluğu sonsuz olmadığından dolayı karmaşık bir trigonometrik fonksiyon açığa çıktığı görülmektedir. Krankın merkezkaç denge ağırlığının piston yörüngesi üzerindeki iz düşümü tam bir sinüs fonksiyonu oluşturduğu halde, pistonun hareketinin tam bir sinüs fonksiyonu karşılar harekette değildir. Bu durum, dengeleme işleminin tam anlamı ile mükemmel yerine getirilmesine engel olur. Piston kolu, krank biyel mekanizması içinde en karmaşık harekete sahip parçadır. Kinematik ve dinamik analizlerde kullanılan matematiksel hesaplamaları kolaylaştırmak maksadıyla, piston kolu maddesel tek bir noktaya indirgenir. Piston kolu ağırlık merkezine indirgenen bu kütlenin yeri, piston kolunun yapısına bağlıdır. Piston kolunun kranka bağlı olduğu büyük gözünün kütlesi, pistona bağlı olan küçük gözünden daha fazla olduğundan dolayı, Şekil 1’den görülebileceği gibi ağırlık merkezi de büyük olan göze daha yakın çıkmaktadır. Denklem (1)’de verilen Lbg piston kolu ağırlık merkezinin büyük göze olan uzaklığı iken, Lb piston kolunun uzunluğudur. Bu iki değerin birbirine oranı ise boyutsuz bir değere sahip olan piston kolu ağırlık oranını (L%b) verir.
Krank biyel mekanizmasındaki dengeleme işleminin doğrusal yörüngeler için başarı ölçeğini belirlemek için Denklem (2) kullanılır. Buna göre, her bir kinematik modelin eşit krank devrinde nihai dengelemelerden oluşan toplam azami atalet kuvveti (ΣFa), en büyük piston atalet kuvvetine (Fpa) oranı alınır.
Amaç: Bu çalışmada, içten yanmalı pistonlu motorların piston kolu ağırlık oranlarının (L%b) dengeleme durumuna etkisi incelenip, piston kolu tasarımı sırasında motor dengeleme işlemini etkileyen faktörlerden biri olan piston kolu ağırlık oranının hangi değerler arasında veya hangi değerde olması gerektiği hakkında veri toplanacaktır. Bu sayede motorun dengesi adına piston kolu mimarisine etki eden bir parametreye (L%b) dikkat çekilerek tasarıma etkisi araştırılacaktır.
Yöntem: Piston kolu ağırlık oranına (L%b) bağlı olan tek silindirli motor dengeleme başarı oranı, denklemi eşit aralıkta farklı değerlere sahip değişkenler ile koşturulup birbirleri ile olan ilişkileri grafik şeklinde elde edilmektedir.
Krank biyel mekanizmasının dengeleme denklemleri içerisindeki piston kolu ağırlık oranı ve krank karşı dengeleme ağırlığı (mk) parametre kabul edilerek bilgisayar ortamında çalışan bir program içerisinde koşturulmuştur. Her bir piston kolu ağırlık oranı için en iyi dengeleme oranına erişene dek krank karşı dengeleme ağırlığı aranmış ve piston kolu ağırlık oranı için başarı oranı bağıntıları oluşturulmuştur. Nihayetinde elde edilen piston kolu ağırlık oranı ve dengeleme başarı ölçülerinden oluşan bağıntılar ile grafik üzerinde piston kolu ağırlık oranının dengelemeye etkisi gösterilmiştir.
Bu kapsamda model kabul edilen tek silindirli bir motorun piston kolu ağırlık oranı ve krank dengeleme ağırlığı dışındaki diğer parametrelerinin sabit tutulup piston kolu ağırlık oranını sıfır ile bir arasında değiştirip, en uygun krank karşı ağırlığı ile dengeledikten sonra çıkan sonuçlar değerlendirilmiştir.
Sonuç: 0 (sıfır) ve 1 (bir) arasında beş değişik eşit aralıkta verilen her bir L%b değeri için motorun en iyi dengelendiği krank karşı kütlesi (mk) kütlesi tespit edilerek bulunan ağırlığın dâhil edildiği dengeleme başarı oranı (f) Tablo 1’de listelenmiş ve Şekil 2’de resmedilmiştir. Şekil-2’deki grafikten de anlaşıldığı gibi L%b piston kolu ağırlık oranının değeri büyüdüğünde doğrusal dengeleme kuvvetlerinin başarı oranı (f) olumsuz yönde etkilenir. Sonuç olarak, ideal bir piston kolunun L%b oranı, sıfır değerine en yakın bir noktada belirlenmelidir.
Anahtar Kelimeler: Krank biyel mekanizması, Dengeleme başarı oranı, Piston kolu ağırlık oranı, Piston kolu tasarımı
|
