Kľukový mechanizmus

Kľukový mechanizmus slúži na premenu priamočiareho pohybu na rotačný a naopak. Úplný mechanizmus tvoria nasledovné časti:
Pre rýchlobežné piestové stroje sa používa "skrátený kľukový mechanizmus", ktorý neobsahuje križiak ani piestnicu a piestová skupina je spojená priamo s ojnicou.
Použitie.
Alternatívou ku kľukovému mechanizmu, je výstredníkový mechanizmus, ten sa však používa v menšej miere.
Rozdelenie.
Kľukové mechanizmy sa delia podľa geometrického riešenia na:
Geometria kľukového mechanizmu.
Centrický kľukový mechanizmus.
Rovnice pre výpočet polohy piestového čapu (piesta) v závislosti od pootočenia kľukového hriadeľa (merané od polohy v hornej úvrati, ako na obrázku)
Táto rovnica nie je pre ďalšie výpočty vhodná, pretože obsahuje dve závislé premenné "α" a "β". Je ju však možné upraviť použitím nasledovných výrazov:
kde 
Po úprave a rozvinutí do Eulerovho-MacLaurinovho radu platí:
Jednotlivé členy radu rýchlo konvergujú, preto pre bežné výpočty postačuje použiť prvé dva . Rovnica po konečnej úprave:
Excentrický kľukový mechanizmus.
Rovnice pre výpočet polohy piestneho čapu (piesta) v závislosti od pootočenia kľukového hriadeľa. 
Rovnice platia len pri podmienke:
Pre uhol natočenia kľukového hriadeľa pri ktorom je piest v hornej úvrati - αH platí:
Kinematika centrického kľukového mechanizmu.
Rýchlosť piesta.
Pre výpočet rýchlosti piesta sa s výhodou využije derivácia približnej rovnice podľa času:
kde
Priemerná hodnota tejto funkcie na intervale polovice otáčky kľukového hriadeľa (jedného zdvihu) sa nazýva stredná piestová rýchlosť a patrí medzi dôležité konštrukčné parametre piestových strojov.
Zrýchlenie piesta.
Pre výpočet zrýchlenia sa pokračuje derivovaním predošlej rovnice podľa času:
Dynamika centrického kľukového mechanizmu.
Bez zotrvačných síl.
Pri analýze silového pôsobenia sa berú do úvahy sily a momenty (označenie indexov podľa ) podľa obrázkov. Prvý obrázok zobrazuje ideálny nehmotný kľukový mechanizmus, t.j. neuvažujú sa zotrvačné sily od posuvných a rotačných hmôt:
Na piest pôsobí sila od tlaku plynov "Fp" = "F". Piest je spojený s ojnicou otočne, preto ojnica môže preniesť len silu pôsobiacu v jej osi. Sila "F" sa rozkladá na ojničnú silu "Fo" ktorá prenáša pôsobenie ďalej ku kľukovému hriadeľu a normálovú silu "Fn", ktorá zvyšuje trenie piestových krúžkov o stenu valca. Navyše táto sila vytvára klopný moment "Mn", ktorý sa musí zachytiť uložením motora.
Ojnica je tiež spojená s kľukovým hriadeľom otočne. Preto sa ojničná sila "Fo" rozkladá na dve na seba kolmé zložky. Tangenciálna sila "Ft" vytvára na ramene kľukového hriadeľa výsledný krútiaci moment "Mk", radiálna sila "Fr" sa prenáša ramenom kľuky do hlavného ložiska.
Pre uvedené sily platia nasledovné vzťahy:
Pre uvedené momenty platí:
So zotrvačnými silami.
Druhý obrázok zobrazuje rovnaký kľukový mechanizmus s uvažovaním hmotnosti jeho častí a teda aj zotrvačných síl od posuvných a rotačných hmôt. Pribudnú sily:
Hmotnosti jednotlivých častí kľukového mechanizmu sú rozložené spojito a samotná ojnica koná zložitý kývavý pohyb. Preto sa pre zjednodušené výpočty uvažujú dva hmotné body. Jeden je umiestnený v osi piestneho čapu s hmotnosťou "mp" rovnou súčtu hmotnosti piestovej skupiny "mps" a pomernej časti hmotnosti ojnice "mop". Druhý v osi kľukového čapu s hmotnosťou "mr" rovnou súčtu hmotnosti zalomenia kľuky redukovanej na polomer otáčania "mzred" a pomernej časti hmotnosti ojnice "mor".
Zohľadnenie hmotnosti ojnice.
Hmotnosť ojnice "mo" sa rozkladá tak, aby bola zachovaná rovnaká hmotnosť a rovnováha momentov k ťažisku ojnice:
t.j.
kde
V praxi je pre piestové spaľovacie motory pomerná časť hmotnosti ojnice započítaná k posuvným hmotám "mop" v rozmedzí 2030 % hmotnosti ojnice. Rozloženie hmotnosti do dvoch bodov nezachováva rovnováhu momentov zotrvačnosti. Pre presnejšie výpočty sa hmotnosť ojnice rozloží do troch bodov, pričom tretí je v ťažisku ojnice . Hmotnosti sa určia tak, aby okrem predošlých dvoch bola splnená aj rovnica :
kde
Zohľadnenie hmotnosti zalomenia kľuky.
Redukovaná hmotnosť zalomenia kľuky sa určí z hmotnosti "m1" tých častí ramien kľuky, ktoré nie sú symetricky rozložené okolo osí hlavného, alebo kľukového čapu a polohy ich ťažiska "ρ"'od stredu otáčania kľuky.
Určenie zotrvačných síl.
Následne platí: