Hnací ústrojí (FSI-QHL)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚADI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Hnací ústrojí je seznámit studenty se soudobými koncepcemi hnacích ústrojí jak se spalovacími motory, tak i hybridními a elektrickými pohony, a výpočtovými modely pro určení dynamických silových a momentových účinků v těchto systémech. Tyto výpočtové modely jsou výchozím nástrojem pro volbu optimální koncepce a konstrukce pohonných ústrojí moderních osobních a užitkových vozidel.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět Hnací ústrojí umožňuje studentům získat znalosti o uspořádání hnacích ústrojí osobních i užitkových vozidel a výpočtových modelech pro stanovení průběhů vnitřních a vnějších sil a točivého momentu, návrh optimální konfigurace hnacího ústrojí z hlediska vyváženosti u motorů řadových, vidlicových, i v nekonvenčním uspořádání, jakož i kontrolu nerovnoměrnosti chodu a vibrací hnacích ústrojí.
Prerekvizity:
Maticový počet, diferenciální a integrální počet. Základy technické mechaniky, kinematika, dynamika, pružnost a pevnost. Fourierova analýza.

Vazby k jiným předmětům:
doporučená korekvizita: Traktory [QT]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY-A]
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Hnací ústrojí seznámí studenty se základními koncepcemi a uspořádáním hnacích ústrojí osobních a užitkových vozidel jak s konvenčními, tak i hybridními a elektrickými pohony. Výpočtové modely hnacích ústrojí jsou základním prostředkem pro nalezení optimálních koncepcí a parametrů soudobých pohonných jednotek. Mechanismy pohonných jednotek. Kinematika a dynamika klikového mechanismu. Vnitřní a vnější síly ve spalovacích motorech. Točivý moment motoru, harmonická analýza. Síly v ložiskách pístového stroje. Vyvažování setrvačných sil a momentů u řadových motorů, aplikace vyvažovacích hřídelů. Dynamika vidlicových motorů a motorů s nekonvenčním uspořádáním hnacích ústrojí. Nerovnoměrnost chodu spalovacího motoru, návrh setrvačníku. Vačkové mechanismy spalovacích motorů. Hybridní a elektrické pohony vozidel.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu:
Orientace v probíraných problémech a schopnost jejich řešení, prověřovaná a prezentovaná v zadaných příkladech. Podmínkou udělení zápočtu je samostatné vypracování (absolvování) zadaných úloh bez závažných nedostatků. Průběžná kontrola studia je prováděna při kontrole příkladů současně s ověřením požadovaných znalostí.

Zkouška:
Při zkoušce jsou prověřovány a hodnoceny znalosti fyzikální podstaty probíraných problémů, jejich matematický popis na probrané úrovni a aplikace na řešených příkladech. Zkouška se skládá z písemné části (kontrolního testu) a v případě potřeby z části ústní. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují:
1. Hodnocení práce ve cvičeních (hodnocení vypracovaných úloh).
2. Výsledek písemné části zkoušky (kontrolního testu).
3. Výsledek případné ústní části zkoušky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka ve cvičení je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů se řeší individuálně s garantem předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

1. Mechanismy pohonných jednotek a jejich výpočtové modely. Kinematika centrického klikového mechanismu. Kinematika excentrického klikového mechanismu, mechanismy s vedlejší ojnicí.
2. Dynamika klikového mechanismu, výpočtové modely, vnitřní a vnější síly.
3. Točivý moment pístových strojů, harmonické složky, nerovnoměrnost chodu, setrvačník.
4. Vyvažování setrvačných sil a momentů v klikovém mechanismu, vyvažovací jednotky.
5. Dynamika klikového ústrojí motorů s malým počtem válců.
6. Dynamika klikového ústrojí řadových pístových strojů.
7. Dynamika klikového mechanismu vidlicových motorů, nekonvenční mechanismy.
8. Kmitání pohonů s pístovými stroji, vlastní frekvence, vynucené kmitání..
9. Dynamika automobilních pohonů s převody, dvouhmotový setrvačník. Ladění dynamických systémů pohonů.
10. Dynamické tlumiče kmitání v automobilní technice. Kyvadlové eliminátory kmitání.
11. Vačkové mechanismy, kinematika a dynamika vačkových mechanismů.
12. Pružné uložení pohonných jednotek, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
13. Hnací ústrojí vozidel s hybridními a elektrickými pohony, aktivní tlumení vibrací.
    Cvičení s počítačovou podporou

01. Efektivní prostředky inženýrských výpočtů, výpočetní technika.
02. Prostředky pro výpočty v oboru, programový celek Matlab.
03. Využití softwaru Matlab, práce se soubory dat, vizualizace dat.
04. Centrický klikový mechanismus, průběhy kinematických veličin.
05. Kinematika excentrického klikového mechanismu.
06. Primární a sekundární síly v klikovém mechanismu, točivý moment.
07. Indikátorový p-alfa diagram, síly zatěžující komponenty klikového mechanismu.
08. Numerická Fourierova analýza točivého momentu motoru, řády harmonických složek.
09. Kmitání pohonů, výpočtové modely a možnosti tlumení.
10. Vyvažování jednoválcového motoru a řadových motorů.
11. Vyvažování vidlicových motorů.
12. Vačky a jejich rozdělení.
13. Průběhy kinematických veličin vačkových mechanismů motorů.
Literatura - základní:
1. DAVITASSHVILI, Nodar a Valeh BAKHSHALIEV. Dynamics of Crank-Piston Mechanisms. Springer, 2016. ISBN 981100322X.
2. ADAMS, Maurice L. Bearings: basic concepts and design applications. Boca Raton: CRC Press, 2017. ISBN 9781138049086.
3. NORTON, Robert L. Cam design and manufacturing handbook. New York: Industrial Press, c2002. ISBN 0-8311-3122-5.
4. HAYES, John G. a Gordon A. GOODARZI. Electric powertrain: energy systems, power electronics & drives for hybrid, electric & fuel cell vehicles. Hoboken, NJ: John Wiley, 2018. ISBN 978-1-119-06364-3.
Literatura - doporučená:
1. Internal combustion engine handbook: basics, components, systems, and perspectives, second edition. Warrendale, PA: SAE International, 2016. ISBN 9780768080247.
2. Píštěk, V.: Aplikovaná mechanika. Učební text FSI VUT v Brně.
2. HEISLER, Heinz. Advanced engine technology. Warrendale, PA: SAE International, c1995. ISBN 1560917342.
3. ZIMA, Stefan. Kurbeltriebe: Konstruktion, Berechnung und Erprobung von den Anfängen bis heute. 2. vyd. Wiesbaden: Vieweg, 1999. ISBN 3-528-13115-2.
4. FUCHS, Anton: Automotive NVH technology. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2015. ISBN 978-3-319-24053-4.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 6 Povinně volitelný 1 1 Z
N-ADI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinně volitelný 2 1 Z