Analiza proiectarii unui motor pentru actionarea unui autoturismMEMORIU DE PREZENTARELucrarea de fa prezint modul de proiectare al unui motor termic cu piston, (m.a.s. aspirat) destinat antrenrii unui autovehicul, precum i calculul din punct de vedere dinamic al autovehiculului echipat cu motorul proiectat.Pornind de la o serie de date iniiale care impuneau alezajul cilindrilor, cursa pistoanelor, raportulvolumetric, numrulde cilindrii, turaiade putere maxim,s-aurmrit obinerea unor parametrii efectivi ct mai buni posibili.Pentru a corespunde ns i cerinelor moderne impuse de destinaia aleas, motorul a trebuit proiectat innd cont de unele criterii ca:Masa i dimensiunile de gabarit redusePutere ridicatFiabilitate mare n mersConsum de combustibil ct mai redusSoluii constructive de mare tehnologitatePentru aceasta n partea de calcul termic s-au analizat procesele de admisie, compresie, destindere i evacuare dup care funcioneaz motorul. n urma acestei analize s-au determinat parametrii indicai i efectivi ai motorului dupcares-aputut trasadiagramaindicat a motorului.n continuare, n calculul organologic s-au dimensionat i verificat din punct de vedere a rezistenei mecanice pistonul, segmenii, bolul de piston, biela i arborele cotit.Pistonul, din punct de vedere constructiv, s-a proiectat n scopul asigurrii unei funcii optime de etanare a camerei de ardere, de transmitere a presiunii gazelor necesare motorului, cu precizarea c s-a cutat obinerea unei mase ct mai mici.Materialul deexecuieesteunaliaj dealuminiupentrupistoane, eutectic, marca : ATCSi12 CuMgNi KS 1275 : MAHLE 138.n cadrul calculului pistonului s-au verificat la rezisten :Pagina 1 din 89- Fundul pistonului solicitatla eforturi termice generate de nclziri neuniformei dilatridiferite ilaeforturimecanice generate de fora de presiune a gazelor i masele de inerie ;- Regiunea port-segmeni solicitai la eforturi de ncovoiere ;- Umerii pistonului solicitai la eforturi de ncovoiere ;- Mantaua pistonului care trebuie s reziste presiunii maxime de contact cu cilindrul i care se profileaz cu scopul asigurrii funciei de etanare.Pentrusegment s-aadoptat aceeai formacelor trei tipuri desegment, adiccu seciune dreptunghiular i cu lege de asimetrie medie. Materialul, care corespunde solicitrilor segmentului, a fost adoptat n proiect este fonta : KV1.Bolul se verific la rezisten mecanic la solicitrile de ncovoiere, n plan longitudinal, la solicitarea de forfecare n seciunea de separaie dintre piciorul bielei i bosajele pistonului i la ovalizare n plan transversal. Materialul folosit la realizarea bolului este un oel de cementare pentru bol : 20MoMnCr 12.Dup calculul bolului s-a trecut la calculul de rezisten al bielei, solicitat la eforturi de ntindere, compresiune, ncovoiere i rsucire, precum i la vibraii torsionale.nurmacalculelor analizates-astabilit cmotorul rezistlasolicitrileceapar n timpul funcionrii.Ulterior proiectrii motorului, s-a efectuat i calculul dinamic al autoturismului echipat cuacest motor. nacest scops-auefectuat calculul forelor i determinareabilanului de traciunei acelui deputereal autoturismului, calculul factorului dinamic, determinarea acceleraiei autoturismului i a timpului de demarare. TEMA PROIECTULUIS se proiecteze un motor pentru acionarea unui autoturism, utiliznd urmtoarele date:M.A.S. aspiratAlezaj: D = 80 (mm)Cilindree: Vt = 1386 (cm3)Cursa: S = 69.8 (mm)Raport de compresie: = 8.8Coeficient de dozaj la putere nominal: = 0.9Pagina 2 din 89Putere maxim: P = 75 (CP)Momentul motor maxim: M = 400 (Nm)Turaia la moment maxim: nm = 5000 (rot/min)Piston cu fundul ncastrat, nercit.C A P I T O L U L ICALCULUL ENERGETICI.1. Consideraii generale.Acest calcul se execut n scopul determinrii unor mrimi ce se pot grupa astfel:parametrii efectivi;parametrii comparativi;presiunile din cilindru.Calculul presupune un volum considerabil de operaii. Lund n considerare i iteraia necesarpentruobinereatemperaturii gazelor reziduale, aparecajustificatfolosireaunui program de calcul care scurteaz n mod evident timpul de lucru. Rezultatele obinute vor fi afiate pe imprimant, garantndu-se precizia lor.n ceea ce urmeaz este prezentat, teoretic, algoritmul care a stat la baza programului si n primul rnd modul de a alege mrimile necesare efecturii calculelor. I.2. DEFINIREA I ALEGEREA DATELOR DEINTRARE- Alegerea parametrilor geometrici ai motorului.Numrul de cilindrii ai motorului: i = 4Cilindreea total: Vt = 1386 cm3 Alezajul dat n tema proiectului: D = 80 mmPagina 3 din 89Cursa pistonului: S = 69.8 mmRaportul = r/l = 0.35 unde: l = lungimea bieleiR = S/2 = lungimea maniveleiRaportul de compresie: = 8.8Coeficientul de rezisten gazodinamic la curgerea amestecului proaspt prin seciunea minim a traseului de aspiraie,, se determin experimental pentru un traseu similar cu cel studiat. Practic valorile sale sunt cuprinse n intervalul (2.62.9) i adopt 2.7:- Alegerea parametrilor funcionali ai motoruluiTuraia nominal : n = 5000 [rot/min] din tema proiectuluiCoeficientul de dozaj al amestecului proaspt la regim nominal de funcionare : = 0.9Viteza amestecului n evria de admisie se recomand ntre (5080) (m/s) la m.a.s.-uri. Adopt Wa = 70: [m/s]Coeficientul de rcire la motorului se alege n intervalul (0.450.53), cu valori mari pentru motoare supraalimentate. Adopt Rm = 0.5:Coeficientul de ncrcare termic al motorului se alege n intervalul (0.60.7). Adopt lm = 0.65;- Alegerea parametrilor ciclului teoreticTemperatura estimativ a gazelor reziduale se apreciaz iniial din tabele, n funcie de turaiamotorului. Valoareaei sevacorectapeparcursul calculului termic, nfunciede rezultatele intermediare. Pentru nceput adopt TR = 900 K;Raportul decretereapresiuniilavolumconstantntimpularderii, arevalori ntre (1.52.0). Adopt = 2;Coeficientul de utilizare a cldurii n procesul arderii se determin din diagrame. Adopt = 0.9;Coeficientul presiunii reziduale, K1 , este cuprins ntre (0.91.2). Se recomand pentru motorul din proiect K1 = 1.117;Pagina 4 din 89Indicele politropic n procesul de comprimare, n cilindrul motorului, se determin din monograme, n funcie de raportul de compresie i de temperatura de la sfritul aspiraiei, Ta . Considernd Ta = 320[oK], rezult n1 = 1.378;Indicele politropic n procesul de destindere,n cilindrul motorului, se determin din monograme, nfunciedegradul destinderii finale(, temperaturamaximdeardereTr i coeficientul de dozaj (. Adopt n2 = 1.28;Diferena de temperatur prin nclzirea aerului nainte de intrarea n cilindru, la regim nominal, (T = 7[oK].La alte regimuri, diferite de cel nominal, diferena de temperatur T capt alte valori. NotndcuTndiferena detemperatur la regimnominal, diferena detemperaturT corespunztoare unei turaii n diferit de turaia nominal nn va fi dat de relaia: ( ) n 0125 . 0 110n 0125 . 0 110TTnn =9[oK]unde : nn [rot/min] turaia la regim nominal ;n [rot/min] turaia la regim impus ;(Tn [oK] diferena de temperatur prin nclzirea aerului, la regim nominal(T [oK] diferena de temperatur prin nclzirea aerului la regim impus;Coeficientul coreciei presiunii maxime de ardere, = 0.95. I.3. CALCULUL ADMISIEI- Ipoteze fundamentale de calcul- fluidul proaspt i gazele reziduale sunt gaze ideale ;dup intrarea n cilindru, energia cinetic a ncrcturii proaspete se transform integral n cldur;n cursa de admisie presiunea din cilindru rmne constant;admisia ncepe n p.m.i., perioada de deschidere simultan a supapelor este nul ;lanceputuladmisiei, ncilindruseaflgazerezidualelapresiuneapr, definitde rezistenele gazodinamice ale traseului de evacuare ;Pagina 5 din 89se ia n considerare fenomenul de postumplere, deci supapa de admisie se nchide cu ntrziere fa de p.m.e. ;fluidul proaspt se nclzete n contact cu pereii (traseul de admisie, chiulasa, cilindrul i pistonul) ;la sfritul admisiei, n cilindru se afl un amestec omogen de gaze de ardere i fluid proaspt.Princalcul sedeterminstareafluidului motor lasfritul cursei npunctul aal ciclului.- Condiiile iniiale de starePresiuneai temperaturafluidului proaspt laintrareanmotor, ncazul admisiei normalesunt presiuneasi temperaturamediului ambiant poi To, carepentrucondiiile standardizate au valorile:Po=1 barTo=297 K- Presiunea i temperatura gazelor rezidualePresiunea gazelor reziduale pr la motoarele n patru timpi se consider c este egal cu presiunea medie din colectorul de evacuare.Valorile pentru calcule aproximative, pentru diferite tipuri de motoare, se pot obine din :pr = (1,051,25)*poprare n general valori mici pentru motoarele rapide i valori mari pentru motoarele lente.Temperaturagazelor reziduale, variaznfunciedeturaiamotorului, raportul de comprimare i coeficientul excesului de aer.Valorile lui Tr sunt pentru m.a.s. cuprinse ntre 900 i 1000 K.- Coeficientul gazelor rezidualePagina 6 din 89Se definete prin raportul:fpr unde : (r (kmol/ciclu) numrul de kmoli de gaze reziduale(fp (kmol/ciclu) numrul de kmoli de fluid proaspt pe cicluValorile coeficientului gazelor reziduale r este cuprins ntre valoarea de 0,04 i 0,10 .- Creterea de temperatur a fluidului proaspt, TFluidul proaspt se nclzete n contact cu pereii sistemului de admisie i al cilindrului . Creterea de temperatur depinde de viteza fluidului proaspt, de durata admisiei, de temperatura pereilor i de temperatura fluidului proaspt.La m.a.s. T este cuprins ntre 0o i 20o C.- Presiunea din cilindru la sfritul cursei de admisie, paa o ap p p n care : (pa (bari) cdere de presiune( )522102 ,_

+ oaa awp n care : ( - coeficientul de reducere a vitezei n seciunea minim a sistemului deadmisie (diametrul minim al seciunii de trecere al supapei).(a coeficientul de rezisten gazodinamic a sistemului de admisieraportat la seciunea minim a sistemului de admisie. wa (m/s) viteza fluidului proaspt prin seciunea minim a pistonului.Pentru motoarele de automobil, la regim nominal :2 + a = 2,54wa = 50130 m/sPagina 7 din 89Valorile lui pa i pa pentru m.a.s.-uri n patru timpi sunt :(pa=(0.050.20)po pa=(0.800.95)po Valorile se aleg n funcie de turaie, pa scznd odat cu creterea turaiei.- Temperatura la sfritul cursei de admisie, Ta Sedetermindinrelaiabilanului termicaplicat fluidului proaspt naintei dup amestecarea cu gaze arse. Se consider c amestecarea se produce la presiune constant, iar capacitatea caloric specific a amestecului este egal cu a fluidului proaspt.rr r oa1T T TT + + +Ta=339[k]unde : ( = cpr/cpfp cpr capacitatea caloric specific la presiune constant a gazelor restante;cpfp capacitatea caloric specific la presiune constant a fluidului motor.Orientativ, temperatura la sfritul admisiei la m.a.s. este ntre 320 i 370 K. - Gradul de umplere, v Gradul de umplere se definete prin raportul dintre cantitatea (masic, gravific, molar, volumic) defluidproaspt reinutncilindrulasfritul admisiei i cantitatea posibil de a fi introdus n cilindreea Vs , n condiiile de temperatur de la intrarea n motor.r pu aooav111 TTpp + =0.77unde : - pa , po , To , Ta , , r , au semnificaiile explicate anterior.- (pu - este gradul de postumplere, reprezentnd raportul dintre numrul dePagina 8 din 89kmoli de fluid proaspt care ptrunde n cilindru dup p.m.e. i numrultotal de kmoli de fluid proaspt reinut n cilindru.Pentru motoarele n patru timpi : pu = 0.080.025Gradul de umplere depinde de turaia i performana umplerii. Orientativ, valorile lui v pentru motoarele de automobile la sarcin plin sunt cuprinse ntre 0,700,90.I.4. CALCULUL COMPRIMRIICalculul procesului de comprimare are ca scop determinarea strii fluidului motor din cilindru, n momentul declanrii scnteii sau injeciei, n punctul c.- Presiunea i temperatura fluidului de lucru la sfritul comprimrii

Acestea se calculeaz aproximnd comprimarea cu o evoluie politropic cu exponent politropic constant mc .( )ac a1 ma cma cpp TT Tp pcc - Valorile exponentului politropic, mc Aceste valori depind de schimbul de cldur dintre fluidul motor i pereii cilindrului.Odat cu creterea turaiei, mc are o cretere important. Motorul rcit cu lichid are un regim termic mai redus dect unul rcit cu aer, deci pentru mc se aleg valori mai mici.Valorile lui mc pentru un m.a.s. sunt cuprinse ntre 1.32 i 1.38.Dac lipsesc date statistice despre valoarea lui mc, se pot nlocui cu valorile exponentului adiabatic mediu xc , calculat pentru ntreg procesul de comprimare, din egalitatea dintrelucrulmecanic de comprimarea procesului adiabatic cu exponent adiabatic valabili lucrul mecanic al comprimrii cu exponent adiabatic constant (adiabata aparent).Expresia lui xc se deduce din :Pagina 9 din 89

,_

+ lgTTlg 1 xaccValorilelui xcsedetermindinmonogramanr.1. Seapreciazcvalorilelui mc pentru m.a.s. snt cuprinse ntre (xc 0.200) i (xc 0.04).Orientativ valorile presiunii pc i temperaturii Tc la sfritul procesului de comprimare sunt pentru m.a.s. cuprinse ntre :Pc = 920 bari Tc = 540800 K I.5. CALCULUL ARDERII- Consideraii generaleCalculul arderii urmreteprecizarealegii devariaieapresiunii p() nperioada degajrii cldurii de reacie, n vederea :determinrii presiunii maxime din cilindru, care definete solicitarea mecanic a organelor mecanismului motor;precizrii temperaturii fluidului motor, care definete ncrcarea termic a organelor n contact cu gazele fierbini;determinarea ariei diagramei indicate care definete lucrul mecanic specific sau presiunea medie.- Ipoteze fundamentale de calculcapacitile calorice specifice depind numai de temperatura;arderea se desfoar dup evoluii simple: izobare, izocore, izoterme. Se consider c arderea se desfoar izocor pentru m.a.s. i mixt (izocor i izobar) pentru m.a.c.;compoziia fluidului motor la sfritul arderii depinde de coeficientul de exces de aer . Pentru 1 produsele de ardere sunt: CO2, H2O, O2 i N2 . Pentru 1 produsele de ardere sunt: CO2, CO, H2O, H2 i N2.Pagina 10 din 89gazele reziduale au compoziia gazelor de la sfritul arderii;cldura dezvoltat prin ardere este egal cu cldura de reacie chimic la presiunea i temperatura mediului nconjurtor, degajat pn la formarea produselor de ardere, neglijnd variaia cldurii cu temperatura;variaiaenergiei interneafluidului motori efectuarealucrului mecanicexterior n timpul arderii sunt efectul cldurii degajatprinarderepnnpunctul z, i pierderilede cldur aferent.- Cantitatea teoretic de aer, Lo (kmoli sau kg) necesar pentru a arde complet1 kg de combustibilCompoziia chimic a combustibilului este determinat de analiza n pri sau procente de greutate. Combustibilii lichizi au urmtoarea compoziie elementar : C + H + S + O + = 1kg.n care : C, H, S, O, sunt participaiile masice de carbon, hidrogen, sulf, etc. Compoziia elementar a unor combustibili utilizai n motoare este dat n tabelul de mai jos :Unde : MT = masa molecular (kg/kmol)HI = puterea caloric inferioar a combustibilului (kcal/kg)Lo = cantitatea de aer teoretic necesar arderii = cantitatea minim de aer necesar arderii complete.

,_

+ 32S O4H12C21 . 01Lo(kmol aer/kg comb.)- Numrul de kilomoli de amestec proaspt ce particip la reacieTo 1M1L M + (kmoli/kg comb.)pentru m.a.s.- Numrul de kilomoli de produse rezultate din ardere, M2 Pagina 11 din 89Cazul arderii complete : 1 2 C M2CO;2 H MO H2;( ) 1 L 21 . 0 Mo O2 ; o NL 79 . 0 M2 ( )o 2L 21 . 02H12CM + + (kmoli/kg comb.)Cazul arderii incomplete : 1 o COL 21 . 0k 11212CM2 + o COL 21 . 0k 112 M + o O HL 21 . 0k 11k 22HM2 + o HL 21 . 0k 11k 2 M2 + o NL 79 . 0 M2 (kmoli/kg comb.)n care : k = 0.45.0.50o 2L 79 . 02H12CM + + (kmoli/kg comb.)- Coeficientul variaiei molare a amestecului proaspt , (o 1 2 oM M - Coeficientul variaiei molare a amestecului real, (R rr oR1 + + unde r este coeficientul gazelor rezidualeValorile lui R pentru m.a.s. variaz ntre 1,021,12 .Pagina 12 din 89- Cldura molar medie la volum constant a amestecului de lucru nainte de ardere. ( )3CT298 TIV10 T 6 . 0 7 . 4 mCco + - Cldura molar medie la volum constant a produselor de ardere.Pentru 1 ( )( ) ( ) ( )( )111]1

+ + + z22z22z22z22 zoT298Nv NT298Ov OT298O Hv O HT298COv CO2T298 TIIvmC MmC M mC M mC MM1mCPentru 1 ( )( ) ( ) ( )( ) ( )111]1

+ + + + z z22z22z22z22 zoT298COv COT298Nv NT298Hv HT298O Hv O HT298COv CO2T298 TIIvmC M mC MmC M mC M mC MM1mCValoarea temperaturii Tz se adopt n intervalul 18003000 K.Cldurilemolaremedii lavolumconstantalecomponenilormai susmenionai, n intervalul de la To = 298 la Tz , pot fi calculate cu formulele de mai jos :( )z3T298COvT 10 8 . 0 2 . 9 mCz2 + (kcal/kmol k)( )z3T298COvT 10 5 . 0 0 . 5 mCz + (kcal/kmol k)( )z3T298O HvT 10 2 . 1 7 . 5 mCz2 + (kcal/kmol k)( )z3T298NvT 10 4 . 0 1 . 5 mCz2 + (kcal/kmol k)( )z3T298OvT 10 4 . 0 5 . 5 mCz2 + (kcal/kmol k)( )z3T298HvT 10 5 . 0 4 . 4 mCz2 + (kcal/kmol k)Pagina 13 din 89- Cldura molar medie la presiune constant a produselorde ardere( ) ( )z zT298IIVT298IIPmC 985 . 1 mC + (kcal/kmol k)- Coeficientul de utilizare a cldurii pentru perioada arderii, (z (z este raportul dintre cantitatea de cldur folosit pentru creterea energiei interne a fluidului i efectuarea de lucru mecanic n perioada de la nceputul arderii i pn la sfritul ei (punctul z), i puterea caloric inferioar a combustibilului. Valoarea coeficientului (z depind de tipul motorului, turaie, condiiile de rcire, arhitectura camerei de ardere, sarcina motorului. Valorilereduseindicnu numaiuntransferintensivde cldur,dariocretereintensa arderii n destindere.Valorile lui z pentru m.a.s. se adopt ntre 0,80 i 0,95.- Calculul puterii calorice superioare a combustibilului HS = 8100C + 30000H + 2600(S - O) (kcal/kg comb.)Unde: S = participaia masic de sulf S = O la combustibilii petrolieri de la noi din ar- Calculul temperaturii Tz la sfritul arderiiCazul 1 ( ) ( )( )( ) ( ) 298 T mC1M1LH298 T mCCT298IVrToIz zT298IIV RC z + +

,_

+ Cazul 1 Pagina 14 din 89( ) ( )( )( )( ) ( ) 298 T mC1M1LL 1 28560 H298 T mCCT298IVrToo Iz zT298IIV RC z + +

,_

+ - Calculul presiunii la sfritul arderii, pz

c zp p =85.4(bari)n care este raportul de cretere a presiunii.- Alegerea raportului de cretere a presiunii, Pentru m.a.s. avem raportul : czRTT Orientativ, valorile temperaturii i presiunii la sfritul procesului de ardere sunt :TZ = 24002900 K pZ = 3575 barI.6. CALCULUL PROCESULUI DE DESTINDEREDestinderea este evaluat printr-o evoluie politropic, cu exponent politropic constant, notat cu md .Valoarea exponentului politropic mddepinde de cantitatea de combustibil care arde n destindere (creterea sa determin scderea lui md i a coeficientului de utilizare a cldurii), de schimbul de cldur cu pereii i de pierderile prin neetaneiti .Exponentul politropic mdscade cu creterea turaiei i scderea sarcinii. Valorile spre limita inferioar se obine pentru motoare de dimensiuni mari, la reducerea sarcinii cilindrului i la viteze de ardere mici.Valorile lui md pentru m.a.s. se adopt intre 1,23 i 1,30.Relaiile de calcul pentru presiunea i temperatura la sfritul cursei de destindere sunt :Pagina 15 din 89dmzdpp (bari)1 mzddTT(grd.k)- Verificarea temperaturii Tr a gazelor reziduale Cunoscnd presiunea i temperatura gazelor la sfritul cursei de destindere, pd i Td , se poate verifica temperatura gazelor Tradmise. Se admite c destinderea de la presiunea pdla presiunea pr este o evoluie politropic cu exponentul constant 1,5 . Se obine :3rddrppTT (grd.k)Se calculeaz100TT TTrcra rc (%)Unde Trc = temperatura gazelor reziduale, calculat (k)Tra = temperatura gazelor reziduale, adoptat (k)Orientativ, pentru m.a.s. valorile presiunii i temperaturii gazelor la sfritul destinderii sunt :Pd = 3.56 (bar) Td = 12001700 (k)I.7. PARAMETRII INDICAI AI MOTORULUIPresiunea medie indicat a ciclului teoretic:Pagina 16 din 89( )11]1

,_

,_

+ 1 n11 n2c 'i1111 n1 111 n11pp =13.5[MPa]Presiunea medie indicat a ciclului real : pi = 0.95pi =13.02[MPa]Randamentul indicat al motorului :100HL pv uo i =0.45 [%]Consumul indicat de combustibil : i oiH3600000g =207.1 [g/Kw h]Viteza medie a pistonului : 30000n SWa[m/s] Presiunea medie echivalent a pierderilor mecanice : pM = 0.089+0.0118Wa [MPa]Presiunea medie efectiv a gazelor : pe = pi - pM =9.71 [MPa]Randamentul efectiv al motorului : e = i M =0.33[%]Randamentul mecanic : ieMpp [%]I.8. PARAMETRII EFECTIVI AI MOTORULUIConsumul specific efectiv de combustibil : e ueH3600000g [g/kw h]Cilindreea total : 62u t10 4S DV V [litri]Puterea unitar efectiv : 120n V pNt eeu [kw]Pagina 17 din 89Puterea unitar indicat : 120n V pNu iiu [kw]Momentul efectiv : nN30000Mee [Nm]Momentul indicat : nN30000Mii [Nm]Consumul orar de combustibil : 1000g NGe et[kg/h]Puterea litric a motorului : telVNP[kw/dm3]I.9. CARACTERISTICA EXTERN A MOTORULUI

Se reprezint grafic variaia urmtorilor parametrii : putere efectiv, moment efectiv, consum specific de combustibil, consum orar de combustibil, funcie de turaia n a motorului.Se noteaz cu nx(rot/min) turaia motorului, turaie ce are o plaj de variaie cuprins ntreturaiade cuplu maximN1io valoare mai mare dect cea nominal,acceptat drept turaie maxim i notat cu N2 .Intervalul dintre dou valori ale lui nxva fi de 100 (rot/min), pentru a avea o precizie bun. Se vor aplica urmtoarele relaii:11]1

,_

+ 2x x xe exnnnn1nnN N (kw)xex 4exnP10 3 M (Nm)11]1

,_

+ 2x xe exnnnn2 . 1 2 . 1 g g(g/kw h)3ex ex fx10 N g G (kg/h)Pagina 18 din 89unde : n (rot/min) = turaia nominal a motoruluiNex (kw) = puterea efectiv a motorului pentru diferite turaii nxMex (Nm) = momentul efectiv al motorului la diferite turaii nxgex (g/kw h) = consumul specific de combustibil al motoruluiGtx (kg/h) = consumul orar de combustibil al motorului la diferite turaiiTuraia nx variaz ntre limitele de turaie N1 i N2, cu un pas de 100 rot/min.N1 = 2000 rot/minN2 = n + 200 rot/minnx (rot/min) Pex (kw) Mex (Nm) gex (g/kw h) Gtx (kg/h)2000 80.654 157.538 67.708 54.6092100 85.069 158.250 67.404 57.3402200 89.484 158.896 67.130 60.0702300 93.893 159.476 66.886 62.8012400 98.290 159.989 66.671 65.5312500 102.672 160.437 66.485 68.2622600 107.032 160.817 66.328 70.9922700 111.367 161.132 66.198 73.7232800 115.669 161.381 66.096 76.4532900 119.936 161.563 66.022 79.1843000 124.160 161.679 65.975 81.9143100 128.338 161.728 65.954 84.6453200 132.465 161.712 65.961 87.3753300 136.534 161.629 65.995 90.1063400 140.542 161.480 66.056 92.8363500 144.483 161.265 66.144 95.5663600 148.351 160.983 66.260 98.2973700 152.143 160.635 66.403 101.0273800 155.852 160.221 66.575 103.7583900 159.474 159.741 66.775 106.4884000 163.003 159.194 67.004 109.2194100 166.435 158.582 67.263 111.9494200 169.765 157.903 67.552 114.6804300 172.986 157.157 67.873 117.4104400 176.095 156.346 68.225 120.141nx (rot/min) Pex (kw) Mex (Nm) gex (g/kw h) Gtx (kg/h)Pagina 19 din 894500 179.086 155.468 68.610 122.8714600 181.955 154.524 69.029 125.6024700 184.695 153.514 69.483 128.3324800 187.302 152.437 69.974 131.0634900 189.770 151.295 70.503 133.7935000 192.096 150.086 71.070 136.5245100 194.273 148.811 71.679 139.2545200 196.297 147.469 72.332 141.984CARACTERISTICA EXTERN A MOTORULUII.10. TRASAREA DIAGRAMEI INDICATEPagina 20 din 892000 2500 3000 3500 4000 4500 5000406080100120140160180200220240Pexnx( )Mexnx( )gexnx( )Gtxnx( )nxDiagramaindicatamotorului cuardereinternseconstruietepebazacalculului proceselor de lucru. Se traseaz mai nti diagrama nerotunjit, apoi se rotunjete n raport cu cotele de reglaj ce se adopt. Trasarea se face n coordonate p-V.Trasarea liniilor de evacuare i de admisie se face prin cte o izobar de valoare p = pr i p = pa .n ceea ce privete politropelor de destindere i comprimare, deoarece n abscis apare i cursa pistonului, se traseaz variaia presiunilor n funcie de cursa pistonului.Pentru politropa de comprimare:( )ccm1ma cxs xks xs Sp p+

,_

++ (bari),Pentru politropa de destindere:( )ddm2mz dxs xks xsp p+

,_

+ (bari).unde: pcx presiunea corespunztoare deplasrii x a pistonului n timpul cursei decomprimare;pdx presiunea corespunztoare deplasrii x a pistonului n timpul cursei de destindere;pa presiunea la sfritul cursei de ardere;pz presiunea teoretic la sfritul procesului de ardere;x cursa pistonului, msurat din P.M.I.;

,_

+

,_

+ 2' '2'cos4 4 2cos 1S sin4 2cos 1S x - unghiul de rotaie al arborelui cotit, considerat zero la nceputul cicluluimotor; raportul dintre lungimea bielei i lungimea braului arborelui cotit;Pagina 21 din 89 = 0,250,30s nlimea cilindrului de diametru D (alezajul) i acelai volum cu care camera de ardere;1Ss n timpul unui ciclu de funcionare, arborele cotit efectueaz dou rotaii complete, deci variaz ntre 0 i 720o. Legtura dintre variaia unghiuluide rotire a arborelui motor i procesele de lucru este dat explicit n urmtorul tabel: PROCESUL DE LUCRU LEGEA DE VARIAIE A PRESIUNII0o 180oAdmisia P = pa180o360oComprimarea P = pcx360o540oArderea i destinderea P = pdx540o720oEvacuarea P = prPentru trasarea diagramei indicate nerotunjite, se calculeaz mrimile constante: s; k1 = pa(S+s)mc ; k2 = pz smd .Arderea se reprezint, n cazul ciclului necorectat, la m.a.s., prin izocora cz; presiunea pz determinat este mai mare dect cea real, astfel c se ia pmax = (0,850,98)pz .Pentru a putea trece la rotunjirea diagramei indicate trebuiesc adoptate cotele de reglaj ale motorului:DSEISEDSAISAM.A.S. 50 10 10 58 Dup adoptarea cotelor de reglaj se adopt poziiile pistonului corespunztoare acestor cote:Xo = 10 nainte de P.M.I. pentru nceputul admisiei;X1 = 58 dup P.M.E. pentru sfritul admisiei;X2 = 38 nainte de P.M.I. pentru nceputul aprinderii;X3 = 50 nainte de P.M.E. pentru nceputul evacurii;Pagina 22 din 89X4 = 10 dup P.M.I. pentru sfritul evacurii.C A P I T O L U L IICALCULUL CINEMATIC AL MOTORULUIStudiul cinematic al mecanismului biel-manivel const n stabilirea ecuaiilor deplasrii, vitezei i acceleraiei arborelui cotit, bielei i pistonului. Aceste ecuaii se determin n mod obinuit n ipoteza vitezei unghiulare a arborelui cotit, constant ( = ct.), obinndu-se rezultatesuficientdeprecisepentrustudiuldinamicalmotorului, dei, datoritfuncionrii ciclice a motoarelor viteza unghiular a arborelui cotit este variabil.II.1. Cinematica arborelui cotitLa toate mecanismele motoare, arborele cotit execut o micare de rotaie considerat cu viteza unghiular constant, = d/dt.Exprimnd micarea arborelui cotit n funcie de turaia n (rot/min), rezult: ( = 2(n/60.Pagina 23 din 891-chiulas fix2-bloc motor3-piston4-segmeni5-Deplasarea unghiular a arborelui cotit se obine prin integrarea relaiei =d/dt. Toate punctele manivelei sunt supuseunei acceleraii centripete, saupentrucazul particular al manetonului este : aM = r2 . II.2. Cinematica mecanismului biel-manivel axat Calculul deplasrii pistonuluiPistonul se deplaseaz ntre dou punctele moarte P.M.I. i P.M.E. Din fig.2 rezult s = deplasarea pistonului.S = OP = OO OP ; OO = r + lOP = OM cos + MP cos( ) ( ) + + cos 1 l cos 1 r cos l cos r l r s s = S1 + S2 ,unde( )( )

cos 1 l Scos 1 r S21

Pentru exprimarea unghiului , n OMM i PMM .Pagina 24 din 89Cunoscnd cursa pistonului S i innd cont de faptul c S = 2r (unde r este raza manivelei), se pot determina o serie de elemente:- lungimea bielei ; lAvnd raportul constructiv := r/l => l = r/.- nlimea pistonului : h = 0.85*S0.1*(0.85*S).- S este cursa pistonului- nlimea cilindrului : H = S + h sin l sin r MM' ; sin sinlrsin 2sin 2 1 2 cos;22 cos 1sin2 Conform dezvoltrii binomului lui Newton avem:( ) ( ) ( )( )( ) ( ) ( ) 1]1

1]1

2 cos 14r2 cos 14l cos 1 l S2 cos 14cos2 cos 141 2 cos 12 212 cos 1212222 2212Deci, deplasarea pistonului , s = S1 + S2

( ) ( ) + 2 cos 14rcos 1 r sSe va calcula deplasarea pistonului pentru un ciclu, deci o rotaie complet a manivelei ( )o o360 ... 0 . Calculul se va efectua din 5 n 5 grade. (oRAC)S1 (mm) S2 (mm) S = S1+S2(mm)0.000 0.000 0.000 0.0005.000 0.177 0.057 0.23410.000 0.706 0.226 0.93215.000 1.584 0.502 2.08620.000 2.804 0.876 3.68025.000 4.357 1.337 5.69430.000 6.230 1.872 8.10135.000 8.409 2.463 10.87240.000 10.879 3.093 13.97245.000 13.620 3.743 17.36350.000 16.610 4.393 21.00455.000 19.829 5.024 24.85260.000 23.250 5.615 28.86565.000 26.848 6.149 32.998Pagina 25 din 8970.000 30.596 6.611 37.20775.000 34.465 6.985 41.45080.000 38.425 7.261 45.68685.000 42.447 7.430 49.87790.000 46.500 7.487 53.98695.000 50.553 7.430 57.982100.000 54.575 7.261 61.835105.000 58.535 6.985 65.520 (oRAC)S1 (mm) S2 (mm) S = S1+S2(mm)110.000 62.404 6.611 69.015115.000 66.152 6.149 72.301120.000 69.750 5.615 75.365125.000 73.171 5.024 78.195130.000 76.390 4.393 80.783135.000 79.380 3.743 83.124140.000 82.121 3.093 85.214145.000 84.591 2.463 87.054150.000 86.770 1.872 88.642155.000 88.643 1.337 89.980160.000 90.196 0.876 91.071165.000 91.416 0.502 91.917170.000 92.294 0.226 92.519175.000 92.823 0.057 92.880180.000 93.000 0.000 93.000185.000 92.823 0.057 92.880190.000 92.294 0.226 92.519195.000 91.416 0.502 91.917200.000 90.196 0.876 91.071205.000 88.643 1.337 89.980210.000 86.770 1.872 88.642215.000 84.591 2.463 87.054220.000 82.121 3.093 85.214225.000 79.380 3.743 83.124230.000 76.390 4.393 80.783235.000 73.171 5.024 78.195240.000 69.750 5.615 75.365245.000 66.152 6.149 72.301250.000 62.404 6.611 69.015255.000 58.535 6.985 65.520260.000 54.575 7.261 61.835265.000 50.553 7.430 57.982270.000 46.500 7.487 53.987275.000 42.447 7.430 49.877280.000 38.425 7.261 45.686285.000 34.465 6.985 41.450290.000 30.596 6.611 37.207295.000 26.848 6.149 32.998300.000 23.250 5.615 28.865Pagina 26 din 89305.000 19.829 5.024 24.852 (oRAC)S1 (mm) S2 (mm) S = S1+S2(mm)310.000 16.610 4.393 21.004315.000 13.620 3.743 17.363320.000 10.879 3.093 13.972325.000 8.409 2.463 10.872330.000 6.230 1.872 8.101335.000 4.357 1.337 5.694340.000 2.804 0.876 3.680345.000 1.584 0.502 2.086350.000 0.706 0.226 0.932355.000 0.177 0.057 0.234360.000 0.000 0.000 0.000DIAGRAMA DEPLASRII PISTONULUI930S1 ( )S2 ( )S ( )360 0 0 50 100 150 200 250 300 350020406080100Calculul vitezei pistonuluiViteza pistonului se obine derivnd expresia deplasrii pistonului: sddSV ; Pagina 27 din 89( ) ( )dtd2 sin 24rdtdsin r s2 cos 14rcos 1 r s + +

dtd2 1V V 2 sin2rsin r V + + Se calculeaz viteza pistonului pentru o rotaie complet a manivelei,( )o o360 ... 0 , cu un pas = 5o. (oRAC)V1 (m/s) V2 (m/s) V = V1+V2 (m/s)0.000 0.000 0.000 0.0005.000 2.546 0.817 3.36310.000 5.073 1.609 6.68215.000 7.562 2.352 9.91420.000 9.993 3.024 13.01625.000 12.348 3.603 15.95130.000 14.608 4.074 18.68235.000 16.758 4.420 21.17840.000 18.780 4.632 23.41345.000 20.659 4.704 25.36350.000 22.381 4.632 27.01455.000 23.933 4.420 28.35360.000 25.303 4.074 29.37665.000 26.479 3.603 30.08370.000 27.455 3.024 30.47875.000 28.221 2.352 30.57380.000 28.773 1.609 30.38285.000 29.106 0.817 29.92290.000 29.217 0.000 29.21795.000 29.106 -0.817 28.289100.000 28.773 -1.609 27.164105.000 28.221 -2.352 25.869 (oRAC)V1 (m/s) V2 (m/s) V = V1+V2 (m/s)110.000 27.455 -3.024 24.431115.000 26.479 -3.603 22.876120.000 25.303 -4.074 21.229125.000 23.933 -4.420 19.513130.000 22.381 -4.632 17.749135.000 20.659 -4.704 15.955140.000 18.780 -4.632 14.148145.000 16.758 -4.420 12.338150.000 14.608 -4.074 10.535155.000 12.348 -3.603 8.744Pagina 28 din 89160.000 9.993 -3.024 6.969165.000 7.562 -2.352 5.210170.000 5.073 -1.609 3.465175.000 2.546 -0.817 1.730180.000 3.578e-15 -1.152e-15 2.426e-15185.000 -2.546 0.817 -1.730190.000 -5.073 1.609 -3.465195.000 -7.562 2.352 -5.210200.000 -9.993 3.024 -6.969205.000 -12.348 3.603 -8.744210.000 -14.608 4.074 -10.535215.000 -16.758 4.420 -12.338220.000 -18.780 4.632 -14.148225.000 -20.659 4.704 -15.955230.000 -22.381 4.632 -17.749235.000 -23.933 4.420 -19.513240.000 -25.303 4.074 -21.229245.000 -26.479 3.603 -22.876250.000 -27.455 3.024 -24.431255.000 -28.221 2.352 -25.869260.000 -28.773 1.609 -27.164265.000 -29.106 0.817 -28.289270.000 -29.217 1.728e-15 -29.217275.000 -29.106 -0.817 -29.922280.000 -28.773 -1.609 -30.382285.000 -28.221 -2.352 -30.573290.000 -27.455 -3.024 -30.478295.000 -26.479 -3.603 -30.083300.000 -25.303 -4.074 -29.376305.000 -23.933 -4.420 -28.353 (oRAC)V1 (m/s) V2 (m/s) V = V1+V2 (m/s)310.000 -22.381 -4.632 -27.014315.000 -20.659 -4.704 -25.363320.000 -18.780 -4.632 -23.413325.000 -16.758 -4.420 -21.178330.000 -14.608 -4.074 -18.682335.000 -12.348 -3.603 -15.951340.000 -9.993 -3.024 -13.016345.000 -7.562 -2.352 -9.914350.000 -5.073 -1.609 -6.682355.000 -2.546 -0.817 -3.363360.000 -7.156e-15 -2.304e-15 -9.460e-150.000 0.000 0.000 0.000DIAGRAMA VITEZEI PISTONULUIPagina 29 din 893535V1 ( )V2 ( )V ( )360 0 0 50 100 150 200 250 300 350302010102030Calculul acceleraiei pistonului + + 2 cos r cos r Adtd2 cos 22rdtdcos r s V A2 2 Secalculeaz acceleraia pistonului pentru o rotaie complet a manivelei, ( )o o360 ... 0 , cu un pas = 5o. (oRAC)A1 (m/s2) A2 (m/s2) A = A1+A2 (m/s2)0.000 1.753e5 5.645e4 2.317e55.000 1.746e5 5.559e4 2.302e510.000 1.726e5 5.304e4 2.257e515.000 1.693e5 4.888e4 2.182e520.000 1.647e5 4.324e4 2.080e525.000 1.589e5 3.628e4 1.952e530.000 1.518e5 2.822e4 1.800e535.000 1.436e5 1.931e4 1.629e540.000 1.343e5 9.802e3 1.441e545.000 1.240e5 3.456e-12 1.240e550.000 1.127e5 -9.802e3 1.029e555.000 1.005e5 -1.931e4 8.124e4Pagina 30 din 8960.000 8.765e4 -2.822e4 5.943e465.000 7.409e4 -3.628e4 3.780e470.000 5.996e4 -4.324e4 1.672e475.000 4.537e4 -4.888e4 -3.513e380.000 3.044e4 -5.304e4 -2.260e485.000 1.528e4 -5.559e4 -4.031e490.000 1.073e-11 -5.645e4 -5.645e495.000 -1.528e4 -5.559e4 -7.087e4100.000 -3.044e4 -5.304e4 -8.348e4105.000 -4.537e4 -4.888e4 -9.426e4110.000 -5.996e4 -4.324e4 -1.032e5115.000 -7.409e4 -3.628e4 -1.104e5120.000 -8.765e4 -2.822e4 -1.159e5125.000 -1.005e5 -1.931e4 -1.199e5130.000 -1.127e5 -9.802e3 -1.225e5135.000 -1.240e5 -1.037e-11 -1.240e5140.000 -1.343e5 9.802e3 -1.245e5145.000 -1.436e5 1.931e4 -1.243e5 (oRAC)A1 (m/s2) A2 (m/s2) A = A1+A2 (m/s2)150.000 -1.518e5 2.822e4 -1.236e5155.000 -1.589e5 3.628e4 -1.226e5160.000 -1.647e5 4.324e4 -1.215e5165.000 -1.693e5 4.888e4 -1.204e5170.000 -1.726e5 5.304e4 -1.196e5175.000 -1.746e5 5.559e4 -1.190e5180.000 -1.753e5 5.645e4 -1.189e5185.000 -1.746e5 5.559e4 -1.190e5190.000 -1.726e5 5.304e4 -1.196e5195.000 -1.693e5 4.888e4 -1.204e5200.000 -1.647e5 4.324e4 -1.215e5205.000 -1.589e5 3.628e4 -1.226e5210.000 -1.518e5 2.822e4 -1.236e5215.000 -1.436e5 1.931e4 -1.243e5220.000 -1.343e5 9.802e3 -1.245e5225.000 -1.240e5 1.728e-11 -1.240e5230.000 -1.127e5 -9.802e3 -1.225e5235.000 -1.005e5 -1.931e4 -1.199e5240.000 -8.765e4 -2.822e4 -1.159e5245.000 -7.409e4 -3.628e4 -1.104e5250.000 -5.996e4 -4.324e4 -1.032e5255.000 -4.537e4 -4.888e4 -9.426e4260.000 -3.044e4 -5.304e4 -8.348e4265.000 -1.528e4 -5.559e4 -7.087e4270.000 -3.220e-11 -5.645e4 -5.645e4275.000 1.528e4 -5.559e4 -4.031e4280.000 3.044e4 -5.304e4 -2.260e4285.000 4.537e4 -4.888e4 -3.513e3290.000 5.996e4 -4.324e4 1.672e4Pagina 31 din 89295.000 7.409e4 -3.628e4 3.780e4300.000 8.765e4 -2.822e4 5.943e4305.000 1.005e5 -1.931e4 8.124e4310.000 1.127e5 -9.802e3 1.029e5315.000 1.240e5 -2.419e-11 1.240e5320.000 1.343e5 9.802e3 1.441e5325.000 1.436e5 1.931e4 1.629e5330.000 1.518e5 2.822e4 1.800e5335.000 1.589e5 3.628e4 1.952e5340.000 1.647e5 4.324e4 2.080e5345.000 1.693e5 4.888e4 2.182e5 (oRAC)A1 (m/s2) A2 (m/s2) A = A1+A2 (m/s2)350.000 1.726e5 5.304e4 2.257e5355.000 1.746e5 5.559e4 2.302e5360.000 1.753e5 5.645e4 2.317e5DIAGRAMA ACCELERAIEI PISTONULUI2.317 105.1.753 105.A1 ( )A2 ( )A ( )360 0 0 50 100 150 200 250 300 3502 1051.5 1051 1055 1045 1041 1051.5 1052 1052.5 105C A P I T O L U L IIIPagina 32 din 89CONSTRUCIA I CALCULUL PISTONULUIIII.1. Consideraii generalePistoanele motoarelor cu ardere intern ndeplinesc urmtoarele roluri:asigur, cuajutorulsegmenilor, nchidereaetanacamerei dincilindruncarese produc schimbrile de stare ale gazelor;primescapsareagazelor dincilindrui otransmit arborelui cotit prinintermediul mecanismului motor;asigur n cazul cnd nu sunt rcite direct, scurgerea spre cilindru a cldurii primite de la gazele arse:Ele sunt deci expuse solicitrilor mecanice provocate de forele din mecanism i unor importante solicitri datorate dilatrilor inegale.Proiectarea pistonului cuprinde urmtoarele etape:desenul pistonului, determinarea dimensiunilor prealabile ale pistonului;calculul fundului pistonului;calculul regiunii port-segment;calculul umerilor pistonului;calculul strngerii;calculul profilului pistonului.Pistoanele motoarelor cu autoaprindere cu turaie mare se execut exclusiv din aliaje de Al, deaceeaalegunaliaj deATCSi 12CuMgNi KS1275, ntruct laacestemotoare, eliminareajocurilor mariialoviturilorcelensoesc prezintmai multimportandect reducerea seciunilor prin care se scurge cldura, folosind un material cu o conductivitate mai puin bun din punct de vedere mecanic.III.2. Dimensiunile prealabile ale pistonuluiPistonul se schieaz iniial n raport cu soluiile constructive pe care le alegem, pe baza datelor statistice existente n literatura de specialitate, n raport cu destinaia motorului.Dimensiunile caracteristice ale pistonului sunt prezentate n figura urmtoare:Pagina 33 din 89Pistonul se dimensioneaz pe baza unor date statistice, funcie de destinaia motorului, materialul utilizat i soluia constructiv aleas.Cele mai multe informaii provin de la motoarele uoare, a cror pistoane realizate n construcie unitar i solicitate aproximativ identic au permis stabilirea unor limite de valori ale dimensiunilor principale, dup cum urmeaz;grosimea capului : = 0.09*D = 7.2lungimea pistonului: L = 0.9*D = 76nlimea de compresie: Hc = 0.7*D = 50lungimea mantalei: Lm = 0.65*D = 46diametrul umrului: du = 0.4*D = 32 (mm)distana dintre bosaje: B = 0.35*D = 30 (mm)grosimea R.P.S. :s = 0.05*D = 4.105 (mm)grosimea radial a segmentului de compresie:ac = 0.04*D = 3.281 (mm)Pagina 34 din 89grosimea radial a segmentului de ungere: au = 0.041*D = 3.289 (mm)jocul radial ntre segment i fundul canalului pentru segment: (ac = 0.5 (mm); (au = 0.8 (mm)diametrul interior al pistonului:Di = D - 2*(s + ac + (ac) = 68.29 (mm)nlimea canalului port segment: H = 2 (mm)grosimea flancului:H2 = 3 (mm)diametrul bolului:d = 22 (mm)diametrul interior al bolului:di = 14 (mm)lungimea bolului:l = 71.825 (mm)masa pistonului (iniial):mp = 0.290 (kg) La trasarea profilului unui piston i la fixarea poziiei primului segment, va trebui s se in seama de seciunile necesare scurgerii cldurii de la fundul pistonului spre cmaa cilindrului. Seadmitecaproximativ8593%dinclduraprimitdefundul pistonului urmeaz s se scurg prin masa pistonului la cmaa cilindrului.III.3. Calculul fundului pistonuluiFundul unui piston este solicitat termic i mecanic. Fora de presiune se transmite prin umerii mantalei labol, deformndpistonul. Aceasta, cumulatcuefectelestrii termicea capului pistonului care pot reduce rezistena mecanic a materialului la anumite aliaje de Al la jumtate, i cu diferenele locale de temperatur care pot produce tensiuni termice i deformaii n piston, duc la concluzia c la calculul fundului unui piston trebuie realizat o optimizare, astfelnct s rezulte nitecoeficieni de siguran csuficieni de mari, pentru a asigura o funcionare ireproabil.Pagina 35 din 89Eforturiletermiceunitaresuntgeneratederepartiianeuniformatemperaturilor n capul pistonului i de modul n care acesta se dilat liber sau limitat.Densitatea fluxului de cldur q (w/m) se asigur prin raportul dintre fluxul de cldur Qp cedat capului pistonului i suprafaa acestuia. Cantitatea de cldur Qp reprezint numai o fraciune din cldura total dezvoltat prin ardere.6 . 3 R iH g P 10RQq2i e n62ip (W/m2)unde : Pn = 210 (kW) - puterea nominal;ge = 0.32 (kg/kW*h) consumul specific de combustibil la regim nominal;Hi = 43890 (kJ/kg) puterea caloric inferioar a combustibilului;R (mm) raza cilindrului;i = 8 numrul de cilindrii.Fraciunea depinde de modul de rcire a pistonului :( = 0.020.025 - pentru pistoane nercite( = 0.030.09 - pentru pistoane rcite mediu( = 0.10.15 - pentru pistoane rcite intensPistonul nercit evacuarea cldurii acumulate de capul pistonului se face aproape n totalitateprinR.P.S., deci princonduciedinsprecentrul capului spreperiferiasa. Variaia pistonului neracit este limitat de valoarea puterii specifice Pscare reprezint raportul dintre puterea nominal i suprafaa tuturor capurilor pistoanelor, la motoarele de traciune rutier.Valorile limit ale Ps sunt : Ps = 2025 (kW/dm2).561 . 24D i4 PP2ns (kW/dm2)- alegem piston ncastrat nercit.Alegem = 0.024 .Pagina 36 din 89ncazul pistonului nercit, diferenantretemperaturacentrului, Tri temperatura periferiei este :1506 . 174R q10 T T T*2i r 3p c r (K)unde : qr = 1.855*103 (W/m2) densitatea fluxului de cldur pe direcie radial;Ri = 34.145 (mm) raza periferiei capului pistonului;(* = 10.74 (mm) grosimea medie a capului pistonului;( = 150 (W/mk) conductivitatea termic a materialului capului pistonului.Se consider qr = q (W/m2).III.4. Calculul efortului unitar rezultantEforturilerezultantemaximesedezvoltncapul pistonului cndacestaseafln poziia corespunztoare atingerii presiunii maxime a gazelor. Eforturile rezultante minime apar la nceputul procesului de aspiraie.nprimul rndsecalculeazeforturileunitarerezultantemaximei minimepentru fundul pistonului ncastrat, nercit, n punctele periculoase din figur.,p (mm) grosimea capului pistonului n centrul i respectiv periferia sa;pz = 6.5 (MPa) presiunea maxim a gazelor;pa = 0.09 (MPa) presiunea din timpul admisiei;po = 0.1 (MPa) presiunea mediului ambiant;1 = 0.322 raportul dintre raza manivelei i lungimea bielei.Pagina 37 din 89( )412max10 688 . 2 1 R J + (m/s2) acceleraia maxim a pistonului500 Ji (m/s2) ;i max zJ J J 4z10 618 . 2 J (m/s2)- acceleraia pistonului n momentul atingerii presiuniimaxime.837 . 0 k 510 1 . 2 (MPa) 410 9 . 7 E (MPa) 310 7 . 2 (kg/m3)Radial, n centru, pe fibra exterioar.( )( )( )( )( )( ) MPa 839 . 22610 J p p8R 1 3T1E75 . 0MPa 739 . 13610 J p p8R 1 3T1E75 . 0min 1 r6z x o z 22ir min 1 rmax 1 r6max x o a 22ir max 1 r + + Radial, n centru, pe fibra interioar.( )( )( )( )( )( ) MPa 486 . 4510 J p p8R 1 3T1E25 . 0MPa 586 . 13510 J p p8R 1 3T1E25 . 0min 2 r6max x o a 22ir min 2 rmax 2 r6z x o z 22ir max 2 r ++ ++ Radial, la periferie, pe fibra exterioar.Pagina 38 din 89( )( )( )( ) MPa 088 . 13710 J p p4R 3T1E75 . 0MPa 605 . 310 J p p4R 3T1E75 . 0min 3 r6max x o a 22ir min 3 rmax 3 r6z x o z 22ir max 3 r + + Radial, la periferie, pe fibra interioar.( )( )( )( ) MPa 648 . 8710 J p p4R 3T1E25 . 0MPa 835 . 4510 J p p4R 3T1E25 . 0min 4 r6z x o z 22ir min 4 rmax 4 r6max x o a 22ir max 4 r Tangenial, la periferie, pe fibra exterioar.( )( )( )( ) MPa 952 . 13610 J p p4R 3T1E75 . 0MPa 234 . 9010 J p p4R 3T1E75 . 0min 3 t6max x o a 22ir min 3 tmax 3 t6z x o z 22ir max 3 t + + Tangenial, la periferie, pe fibra interioar.Pagina 39 din 89( )( )( )( ) MPa 019 . 110 J p p4R 3T1E25 . 0MPa 699 . 4510 J p p4R 3T1E25 . 0min 4 r6z x o z 22ir min 4 rmax 4 r6max x o a 22ir max 4 r Eforturile echivalente:(t1min = (r1min (t1max = (r1max(t2min = (r2min (t2max = (r2maxIII.5. Calculul la oboseal al capului pistonuluiAcest calcul constndeterminareacoeficientului desiguranncelepatrupuncte periculoase pentru solicitrile pe direcia radial i tangenial.Nu se calculeaz un coeficient global de siguran.c1 = c1r = c1t c3r , c3t i c4r , c4t .c2 = c2r = c2t Amplitudinea eforturilor.2min 1 r max 1 r1 vr vr1 = 45.05(MPa)2min 2 r max 2 r2 vr vr2 = 45.05(MPa) 2min 3 r max 3 r3 vr vr3 = 66.741 (MPa)2min 4 r max 4 r4 vr vr4 = 66.741 (MPa)Pagina 40 din 892min 3 t max 3 t3 vt vt3 = 23.359 (MPa)2min 4 t max 4 t4 vt vt4 = 23.359 (MPa)Efortul mediu2min 1 r max 1 r1 mr + mr1 = - 181.789(MPa)2min 2 r max 2 r2 mr + mr2 = 90.536(MPa) 2min 3 r max 3 r3 mr + mr3 = - 70.347(MPa)2min 4 r max 4 r4 mr + mr4 = - 20.906(MPa)2min 3 t max 3 t3 mt + mt3 = - 113.593(MPa)2min 4 t max 4 t4 mt + mt4 =22.34(MPa)Coeficientul de asimetriemax 1 rmin 1 r1 ry yr1 = 1.659max 2 rmin 2 r2 ryyr2 = 0.335max 3 rmin 3 r3 ry yr3 = 1.423 max 4 rmin 4 r4 ry yr4 = - 1.912max 3 tmin 3 t3 ty yt3 = 1.518 max 4 tmin 4 t4 tyyt4 = - 0.022Pagina 41 din 89248 . 01 mr1 vr

498 . 02 mr2 vr

949 . 03 mr3 vr

692 . 04 mr4 vr206 . 03 mt3 vt

046 . 14 mt4 vtSe calculeaz raportul : oo 12 = 0.111c1c11Z Z = 1.133n cazul n careZmvrezult c m v1vc + ,_

n cazul n careZmvrezult c m vcvc + ,_

unde : 1 = 70 (MPa) rezistena la oboseal la solicitri de ncovoiere, dup ciclulalternant simetric;(c = 120 (MPa) rezistena la oboseal la solicitarea de ncovoiere, dup ciclul pulsant;(o = 1.8*(1 = 126 (MPa) limita de curgere a materialului capului pistonului;( = 1.05 coeficient de concentrare a tensiunilor;( = 1 coeficient dimensional;( - coeficient de calitate a suprafeelor;(1 = 0.95 pentru punctele 1 i 3;(2 = 0.85 pentru punctele 2 i 4.Pagina 42 din 891 mr 1 vr1cr 1c +

,_

c1r = 1.6492 mr 2 vr2cr 2c +

,_

c2r = 1.7343 mr 3 vr1cr 3c +

,_

c3r = 2.4014 mr 4 vr21r 4c +

,_

c4r = 1.7783 mr 3 vt1ct 3c +

,_

c3t = 3.2164 mr 4 vt2ct 4c +

,_

c4t = 2.947III.6. Calculul regiunii port-segment Solicitrile periculoase apar n primul umr de segment i n seciunea transversal prin capulpistonului, lanivelul canalului pentrusegmentuldeungere, undeseevideniatzona slbit din cauza gurilor sau tieturilor practicate contra pompajului, sau pentru mpiedicarea conduciei cldurii ctre manta.verificarea primului umr de segmentPrimul umr de segment este solicitat variabil la ncovoiere i forfecare n seciunea de Pagina 43 din 89ncastrare, n ciclul pulsant (y = 0), de ctre fora generat de presiunea maxim a gazelor pz (MPa). Datoritlaminrii, nprimul canal desegment setransmitenumai ofraciunedin aceast presiune maxim a gazelor, i anume, 0.9*pz .Eforturile unitare maxime de ncovoiere i forfecare se determin cu relaiile:( ) ( )( )22 c c2c c c c zmax uH a 2 a 2 Da a a a D p 7 . 2 + umax = 16.872 (MPa)( ) ( )( )2 c cc c c c zmax uH a 2 a 2 Da a a a D p 9 . 0 + umax = 5.879 (MPa)Efortul unitar rezultant se calculeaz cu relaia :2max u2max u rez4 + rez = 20.565 (MPa)Efortul unitar rezultantreznutrebuie s depeasc valorile de30-40(MPa) la pistoanele uoare sau 60-80 (MPa) la cele din font sau oel.Condiie ndeplinit.Coeficientul de siguran la oboseal pentru ncovoiere se determin cu relaia :

,_

+ 1max 1 r12C C = 1.801 (MPa)verificarea seciunii transversale prin canalul segmentului de ungeren canalul de ungere, seciunea efectiv Acp care delimiteaz regiunea port-segment de mantaua pistonului este reprezentat n figura urmtoare. n Pagina 44 din 89zona umerilor bolului, din cauza rigiditii ridicate impuse, nu vor fi practicate guri pentru ungere, sau fante pentru ntreruperea fluxului termic ctre mantaua pistonului.Aceast seciune este solicitat variabil dup un ciclu asimetric la care valorile maxime i minime ale eforturilor unitare de comprimare-traciune se determin cu relaiile:( ) ( )( ) ( ) s d h h s D D4 4D34L L D4L L DV2g2i2m2i m2cp

,_

Vcp = 0.062 (dm3)Mcp = (*Vcp Mcp = 0.168 (kg)( )s h 44D4s DA2i2icp + Acp = 429.209 (mm2)n care: Mcp (kg) masa capului pistonului, determinat de seciunea prin canalul segmentului de ungere; Acp (mm2) aria seciunii ntrerupte de gurile sau de fanta din canal;(h = 0.5 (mm) diferena dintre nlimea canalului de la segmentul deungere i cea a diametrului gurii din regiunea canalului de umplere;dg = 2 (mm) diametrul gurii din regiunea canalului de ungere de lasegmentul de ungere. Efortul unitar maxim de comprimare n seciunea transversal a canalului segmentului de ungere:( )cpz cp2o zmax cAJ M4Dp p cmax = 44.408 (MPa)Efortul unitar minim de ntindere n seciunea transversal a canalului segmentului de ungere:Pagina 45 din 89( )cpmax cp2o amin cAJ M4Dp p cmin = 12.806 (MPa)Amplitudinea eforturilor unitare normale n seciunea canalului segmentului de ungere:2c min c maxv v = 28.607 (MPa)Efortul unitar normal mediu n seciunea canalului de ungere:2c min c maxm + m = 15.801 (MPa)Coeficientul de asimetrie:c maxc minyy = 0.288 oo 112 1 = 0.111Coeficientul de siguran la oboseal se calculeaz cu relaiile:mvxddx = 1.81

,_

,_

c11c1z1ddz = 1.133Deoarece dx > dz vom folosi urmtoarele relaii:m 1 v1cC + C = 3.416Pagina 46 din 89III.7. Calculul umerilor pistonuluiUmerii pistonului sunt solicitai variabil la ncovoiere dup un ciclu alternant. n cazul n care se folosesc aliaje uoare, n umeri pot aprea i eforturi unitare de fretaj la rece, situaie n care pistonul trebuie nclzit naintea montrii bolului.Presiuneaconvenionalmaximcese dezvolt n umeri prin apsarea bolului nu trebuie s depeasc anumite valori pentru care uzurile devin inacceptabile.Calculul lui pumaxn (MPa) se face cu relaia:( )( ) B 1 d 4J M 4 D p ppz p2o zmax u (MPa)pu max = 33.261 (MPa)Se consider c fora din bol se distribuie uniform pe lungimea umerilor pistonului.Presiunea uniform liniar distribuit pe bosaj:( )( ) B L 4J M 4 D p ppp2ol (MPa)unde: p = pa => Jmaxp = pa => Jz Mp (kg) masa pistonului echipat cu segmeni;Mp = Mp + Ms (kg)Momentul nseciuneaA-Adencastrareagrinzii (umrului), calculat lanceputul admisiei i la nceputul destinderii:Pagina 47 din 89( )8B Dp M2ie A A (MPa)Eforturile sunt urmtoarele:x = d/dn = 0.651 Eforturilor unitar de ncovoiere maxim n umerii pistonului la nceputul procesului de destindere:( ) [ ] ( )( ) ( ) B 1 x 1 dB D M J 4 D p p4 3n2i p z2o zmax i 075 . 44max i (MPa)Efortul unitar dencovoiereminimnumerii pistonului, lasfritul procesului de aspiraie:( ) [ ] ( )( ) ( ) B 1 x 1 dB D M J 4 D p p4 3n2i p z2o amin i 307 . 7min i (MPa)Amplitudinea eforturilor unitare i efortul unitar mediu de ncovoiere n umerii pistonului:2min i max iv 1 v = 25.691 (MPa)Efortul unitar normal mediu n de ncovoiere n umerii pistonului:2min i max im 1 + m = 18.384 (MPa)Pagina 48 din 89Coeficientul de asimetrie:max imin i1yy = - 0.166 oo 112 1 = 0.111Coeficientul de siguran la oboseal se calculeaz cu relaiile:mvxddx = 1.397

,_

,_

c11c1z1ddz = 1.133m 1 1 v 12cC + C = 2.996C A P I T O L U L IVCONSTRUCTIA SI CALCULUL BOLULUIIV.1. Consideraii generaleBolul esteunul dinorganelecelemai solicitatei mai supuseuzurii. Trebuies ndeplineasccondiiadeaaveaomas ct mai mic posibil.Bolul suport fore attde mrime variabil ct i de sens alternativ. Aceste fore supun bolul la ncovoiere alternativ i la ovalizare. Materialulboluluieste supus la oboseal. Date fiind condiiile grele de lucru, bolul se execut din oel aliat de cementare: 21MoMnCr 12 (STAS 7450-86).Avnd n vedere c pentru piston am proiectat o gaur pentru bol de d=22(mm), adopt tratament termic de clire, evitndu-se modificrile dimensionale n timpul funcionrii. Suprafaa bolului se cementeaz pe ntreaga lungime, pe o adncime de 0.61 (mm).Pagina 49 din 89IV.2. Predimensionarea bolului. Date de proiectareAdopt soluia constructiv de bol flotant n piciorul bielei i n bosaje, pentru a avea o uzur a bolului pe toat suprafaa acestuia. Rotindu-se, bolul este solicitat n ciclu alternant simetric.Experimental s-au determinat intervalele de valori pentru dimensiunile constructive ale bolului.Cnd bolul este flotant n ambele mbinri, se prevd inele de siguran din srmcareasigur bolul contradeplasrilor axiale. Dimensiunile canalelor i inelelor de siguran sunt urmtoarele:d = 22 (mm); b = 7 (mm); c = 6 (mm); d1 = 24.6 (mm); d2 = 1.5 (mm);d3 = 23.7 (mm); e = 23.7 (mm); r = 0.8 (mm); g = 21.5 (mm).IV.3. Schema de ncrcareIn figura urmtoare se prezint schema de ncrcare a bolului, innd cont de faptul c, n timpul funcionrii, bolul este flotant att n biel ct i n bosaje. Se consider bolul ca o grindsimetricrezematlamijlocpedistanab, pecaresarcinasedistribuieuniform. n bosaje, sarcina se distribuie uniform i liniar.Observaie: ntruct pe parcursul funcionriibolul executorotaie complet, astfel nct un punct de pe suprafaa exterioar va fi iniial solicitat de o for maxim (cnd se afl spre camera de ardere), i de aceeai for cnd se afl n partea de jos, eforturile fiind n Pagina 50 din 89acest caz egale, dar de semne contrare. Se impune, deci, un calcul la oboseal dup un ciclu alternant simetric.Forele care ncarc mbinarea bol-buc bielei sunt:( )z pe2o z maxJ m4Dp p F (N) Fmax = 3.436 104 (N)( )max pe2o a minJ m4Dp p F (N) Fmin = 1.218 104 (N)unde: mpe = 0.62 (kg) masa pistonului echipat cu segmeni; ( )b2i2bl d d4m (kg) mb = 0.168 (kg)IV.4. Calculul de verificare la uzurEste necesar calculul a dou presiuni convenionale maxime:presiunea dintre bol i bosaj:32 p paadm a (MPa);201 . 47 pa 2 dFpamaxa (MPa)presiunea dintre bol i buca bielei:39 p paadm a (MPa);058 . 64 pb dFpbbemaxb (MPa)Normal pa < pb .Va rezulta:( )

,_

+ +b amaxmin bp1p1b a 2Fddbmin = 20.433 (mm)Pagina 51 din 89IV.5. Calculul de verificare la ncovoiereMomentul de ncovoiere maxim apare n seciunea A-A i este dat de relaia:max i max iW M ;44i4dd d32Wdeci:( )4 3max44i4maxmax imax i1 d4b3a 22lF 16dd d324b3a 22l2FWM

,_

,_

unde = di/d;142 . 386max i (MPa)Verificarea fcndu-se la oboseal n ciclul alternant simetric, efortul minimde ncovoiere va fi:max min (MPa)Atunci, amplitudinea eforturilor la oboseal la ncovoiere:( )max min max v21 (MPa)Efortul mediu la oboseal la ncovoiere:m = 0 (MPa).Coeficientul de rezisten la oboseal la ncovoiere: v1c c = 1.001Pagina 52 din 89unde: - coeficient efectiv de concentrare a tensiunilor la solicitrile variabile;( - coeficient de calitate al suprafeei (pentru bol cementat cu suprafalustruit; - factor dimensional (oel aliat, fr concentratori) IV.6. Calculul de verificare la forfecareSeciunea cea mai solicitat la forfecare este cea situat ntre bosaj i piciorul bielei. Efortul unitar la forfecare se calculeaz cu formula lui Jurawski:( )( )4 22max1 d1 F 85 . 0 + + (MPa) = 112.736 (MPa)Valoarea admisibil este: adm = 80120 (MPa), deci verific.IV.7. Calculul de verificare la ovalizarePresupunemcbolul esteogrindcurbnseciuneatransversal, ncrcatcuo sarcin sinusoidal. Solicitarea la ovalizare apare n seciune longitudinal. Eforturile unitare dencovoierentr-oseciuneoarecareiauvalori diferitepefibrainterioari pefibra exterioar. Acesteasuntdatederelaiile de mai josrezultndvalori mai mici dectefortul admisibil de ovalizare a=78.21(MPa).( )( ) ( )( )( ) [ ]320 fi4 . 0 15 5 . 11111 2 119 . 0d lF0 11]1

+ + + + (MPa)( )o0 fi = 78.2161(MPa)Pagina 53 din 89( )( ) ( )( )( ) [ ]3290 fi4 . 0 15 5 . 11636 . 011 2 1174 . 0d lF0 11]1

+ + + + (MPa)( )o90 fi = - 172.6844(MPa)( )( ) ( )( )( ) [ ]320 fe4 . 0 15 5 . 11111 2 119 . 0d lF0 11]1

+ + + + (MPa)( )o0 fe = 194.9978(MPa)( )( ) ( )( )( ) [ ]3290 fe4 . 0 15 5 . 11636 . 011 2 1174 . 0d lF0 11]1

+ + + + (MPa)( )o90 fe = - 267.7057(MPa)Deformaia diametrului de ovalizare se limiteaz, pentru a preveni griparea bolurilor n locauri. Deformaia maxim de ovalizare este dat de relaia:( ) [ ]33maxmax4 . 0 15 5 . 111l EF 09 . 0d

,_

+ (mm); dmax = 2.763 10-3 (mm)02 . 0 dadm (mm).C A P I T O L U L VCONSTRUCIA I CALCULUL SEGMENILORV.1. Consideraii generalePagina 54 din 89Segmenii se definesc ca organe de etanare. Sub aciunea forei elastice, segmentul este aplicat tot timpul pe cilindru. Sub aciunea forei normale, pistonul basculeaz, apropiindu-se i deprtndu-sedeoglindacilindrului, rezultcsegmentul sedeplaseaz radial ncanalul pistonului, eliminnd astfel eventualele particule de cocs, particule preluate de pelicula de ulei, regsite apoi, prin filtrare n filtru. Ca material pentru primul segment se recomand a fi oelul. Chiar dac nu posed proprieti satisfctoare de alunecare, se folosete oelul deoarece fonta nu poate satisface cerinele de rezisten impuse.Al doilea segment, de etanare, are urmtoarea form a seciunii ca n figura alturat.La aceast form, etanarea e bun dup un timp de rodaj relativ sczut. Etanarea se face pe o suprafamic. Rezult uncontact bunpetoat suprafaa. Pe planul superior al segmentului s gsete inscripionat cuvntul TOP, ce reprezint partea care se monteaz spre segmentul de foc (spre camera de ardere). Aceast form geometric genereaz cu uurin pana de ulei n cursa spre P.M.I., i racleaz uleiul n cursa spre P.M.E.Materialulpentrusegmentul de etanare este fonta martensitic cu grafit lamelar fin repartizat uniform, cu reea de eutectic fosforos. Acest material satisface bine cerinele unui material antifriciune.Segmentul deungeresecaracterizeazprinpresiunemedieelasticridicat, jocuri reduse ntre segment i feele laterale ale canalului din piston, prezena unor caviti unde se adun uleiul rzuit de pe pereii cilindrului. Numrul feelor rzuitoare este dublu, nlimea segmentului se mrete, nlimea suprafeei efective de sprijin se micoreaz. Segmentul este cuferestre, prevzutcudoumarginicuflancurile paralele,rezultnd presiuni deapsare mai mari pe oglinda cilindrului ca n figura alturat.Acest calcul are obiectivele:s stabileasc forma segmentului n stare liber, i mrimea rostului astfel nct, prin strngere pe cilindru, segmentul s dezvolte o repartiie de presiune determinat.s stabileasc cele dou dimensiuni de baz ale segmentului: a, h.s verifice ca eforturile unitare ce apar n segment la deschiderea lui pentru montaj s nu depeasc limita admisibil.Pagina 55 din 89s verifice rostul la cald pentru a preveni impactul dintre capete n timpul funcionrii.stabilirea legii de repartiie a presiunilor.Principalafuncieasegmeniloreste deetanare. nfunciede motoruldeproiectat alegemolegederepartiieapresiunii radialeasegmentului astfel nct sserealizezeo etanare ct mai bun.Legea de repartiie a presiunilor este urmtoarea:( ) ( )11]1

+ n2eiei cospp1 p p (MPa)unde: pe = 0.3 (MPa) presiune medie elasticLa segmentul de ungere, presiunea elastic este sensibil mai mare dect la cel de foc, i se obine prin reducerea suprafeei de contact. Cu ct peeste mai mare, pulsaia segmentului diminueaz, cretefrecvenaoscilaiilorpropriiiseintensifictransferuldecldurdintre segment i cilindru. Presiunea medie elastic a segmentului de ungere se determin cu relaia:r*e enhhp p (MPa)pen = 0.78 (MPa) 3nraI 12h (mm)unde: hr (mm) nlimea redus a segmentului de ungere.In =560 (mm4) momentul de inerie a seciunii transversale, n raport cu axa ce trece prin fibra neutr a solicitrii de ncovoiere generat demontajul n cilindru (mm4).h*(mm) nlimea total a marginilor ce vin efectiv n contact cu cilindrul.Forma segmentului n stare liber.Segmenii se fabric prin copiere. Pentru aceasta se d forma segmentului n stare liber, n coordonate polare. n figuraalturateste dat formasegmentului nstareliber (II) i n stare montat (I) n cilindru, indicnd i mrimile geometrice caracteristice formei libere:2a2DR rm (mm)Pagina 56 din 89unde: r (mm) raza medie a formei n stare montat (circular);( (mm) raza vectoare a formei libere;( (grd) unghiul razei vectoare.Astfel, un punct Bo de pe segmentul n stare montat (I), aflat la unghiul fa de capul diametral opus rostului, ajunge n punctul B n stare liber (II) la unghiul i raza .( )( )( )( )2acospp1 i 21 1cospp1 i1sin2c 11I Eh p R RRn2n2ei22iei22e3mm+11]1

+ + + ( )( )( )( )( )11]1

+ + n2n2ei22iei2e3msinpp1 i 21 1i sinpp1 i i1cos sin2c 1I Eh p R Runde: ( )ein221 ipp1 i1c +I moment de inerie (mm4) .Coordonate polare ale conturului segmentului n stare liber(grd)()(mm)()(grd)0 42,96884 010 42,97471 9,85982120 42,99197 19,7233230 43,01959 29,5939540 43,05588 39,4747150 43,09865 49,3679860 43,14523 59,2752970 43,19267 69,1972580 43,23787 79,13341Pagina 57 din 89(grd)()(mm)()(grd)90 43,27764 89,08224100 43,30887 99,04115110 43,32861 109,0066120 43,33414 118,9741130 43,32306 128,9387140 43,29335 138,8951150 43,24349 148,8379160 43,17258 158,7620170 43,08066 168,6627180 42,96884 178,5365V.2. Calculul segmentului la solicitri de montajn timpul montajului se caut ca eforturile s fie aceleai cu cele din timpul funcionrii. Pentrumontare, segmentul seaplic pepiston. Raza fibrei medii de mrete. Seciunea periculoas este tot n zona rostului pe fibra interioar. Condiia de montaj este m a .Momentul produs n seciunea de suma tuturor forelor din dreapta seciunii;( )( )( )11]1

+ + + n2n2ei2ei21 ie mi cospp1 i1cospp1 i1cos 1p h R R M (Nmm)Fora normal n seciunea ;( ) ( ) ( )( )( )( ) a 2 D h aM 2a 2 D h aa D M 6h aN2fi (MPa)Eforturile maxime apar n seciunea diametral opus rostului, la montarea segmentului;m1aDE 2I a Ep h R R12e3mfi max fe max

,_

,_

(MPa)unde: m = 1 cnd se aplic fore tangeniale pentru deschiderea rostului;m = 0.5 cnd se folosete cletele de montaj special. Adopt m = 0.5:Pagina 58 din 89Rostul la cald n stare montat;( ) ( ) ( )s s n c c cT 1 S D T 1 D S + + (mm)unde: Sc = 0.144 (mm) valoarea rostului impus pentru condiiile funcionrii lacald;c , s coeficienii de dilatare termic liniar a cilindrului, respectiv segmentul (K-1);Tc, Ts diferenele de temperatura la care se nclzete cilindrul, respectivsegmentul;Ts = Ts To = 530 293 = 273 (k)Tc = Tc To = 390 293 = 97 (k)Rostul la rece n stare montat;( )s cc c s s crT 1T T D SS + + (mm)Sr = 0.252 (mm)C A P I T O L U L VICONSTRUCIA I CALCULUL BIELEIVI.1.GeneralitiBiela are rolul de a transmite fora de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit, i de a transforma micarea alternativ de translaie a pistonului n micare de rotaie a arborelui cotit.Calculul se va executa pentru piciorul, corpul, capul i uruburile bielei.Pagina 59 din 89Biela este solicitat la compresiune i flambaj de forele generate de presiunea gazelor din cilindru, i la ntindere-compresiune de fora de inerie a maselor n micare de translaie alternativ. Materialul pentrubiel trebuies posede orezisten ridicat la oboseal, o plasticitatecorespunztoaredatoritocurilorceaparnfuncionare, iogreutatespecific redus. Astfel, materialul folosit pentru biel este un oel aliat cu marca 34MoCrNi15 ce are urmtoarele caracteristici:- limita de curgere la traciune , c=1000 (N/mm2)- rezistena la rupere prin traciune, r=1300 (N/mm2)- alungirea la rupere, As=9 %- tratament termic : clire-revenireMaterialul pentru buc (cuzinetul) din piciorul bielei este CuAl10Fe3.VI.2. Calculul de verificare al piciorului bielei Piciorul bielei este supus la urmtoarele solicitri:- de ntindere, produs de fora rezultant minim din piston(la nceputul admisiei);- de comprimare, produs de fora rezultant maxim din piston (la nceputul destinderii);Eforturileprodusedeaceste solicitri sesumeaz algebric cueforturile defretaj. Eforturile se calculeaz n ase puncte:-pe fibra interioar i exterioar, n seciunea = 0;-analog, pentru seciunea = /2;-analog, pentru seciunea = - unghiul de racordare. Apar astfel n cele ase puncte eforturi maxime i minime rezultante, pe baza crora se determin coeficienii de siguran la oboseal .Iniial se predimensioneaz piciorul bielei n funcie de intervalele de valori prescrise n documentaie.- diametrul exterior al bolului: d = 22 (mm);- diametrul exterior al piciorului: de = 28 (mm);- grosimea peretelui piciorului: h = 4 (mm);- grosimea peretelui bucei: hb = 1,5 (mm);- diametrul interior al piciorului: di = 25.52 (mm);- masa bolului: mb = 0.092 (kg);Pagina 60 din 89- unghiul de racordare: ( = 1300 = 2,2689 (rad).VI.3. Eforturi unitare de ncovoiereFora minim ce solicit piciorul se datoreaz forei de inerie:( ) ( ) 88 . 86134Dp p J m m F F20 a max b pe i min + (N)Se consider 2F2 fora concentrat de o parte i de altaa piciorului , simetric fa de axa bielei, la unghiul = 300 = 0,5235 (rad).M i N reprezint momentul, respectiv fora normal dintr-o seciune oarecare ( fa de seciunea O-O.Pe seciuni, M i N se calculeaz cu relaiile:89 . 1313 2791803 , 3 10 r F 10 M3i4o

,_

( ) 02 . 259 8 5720 F 10 Ni4o (N)Pagina 61 din 89- pentru = 00: M(0)=M0+r( ) 47 , 12FN cos 1i0

,_

(Nm)( ) 58 . 3790 cos N2F0 N0i (N)- pentru = 2:( ) 24 . 82FN cos 1 r M2Mi0 0

,_

+

,_

(Nm)62 . 5460 cos N2F2N0i

,_

(N)- pentru = 1300 : ( ) ( ) 71 . 122FN cos 1 r M 130 Mi0 0

,_

+ (Nm)( ) 08 . 3024 cos N2F130 N0i (N)Pentru calculul eforturilor minime vom determina constanta k dat de relaia :8058 , 0h Eh E11kb b+Eforturile unitare minime se vor calcula cu relaiile :( )( )( ) 63 . 58h b10 N kh r 2 hh r 60 M 2min 11]1

+ (Nm)( )( )( ) 18 . 71h b10 N kh r 2 hh r 60 M 2min 21]1

++ + (Nm)( )05 . 53h b12N kh r 2 hh r 62M 2min 31]1

,_

+

,_

(Nm)( )35 . 70h b12N kh r 2 hh r 62M 2min 41]1

,_

++ +

,_

(Nm)( )( )( ) 70 . 82h b1130 N kh r 2 hh r 6130 M 2min 51]1

+ (Nm)Pagina 62 din 89( )( )( ) 45 . 64h b1130 N kh r 2 hh r 6130 M 2min 61]1

++ + (Nm)Eforturile unitare maxime sunt produse de fora de presiune a gazelor, Fp, dat de relaia :( ) ( ) 63 . 30977 J m m4Dp p F Fz b pe 0 max p max + (N)Seconsiderodistribuiesinusoidalcanfigur, cup=k sinik=rF 2 , n aceleai seciuni (1-2, 3-4, 5-6) se calculeaz momentele i forele normale maxime.( )( )89 . 1310D sin B 8C sin A 8 BAr FMp0 1]1

+

02 . 259D sin BC sin A 88FNp0 + (MPa)n care: ( ) 0192 , 0 cos2sin 1 2 A

,_

+ 502 , 1 sin B Pagina 63 din 89( ) ( ) 08 , 0 2 sin 3 sin 2 1 2 C2 + 1222 , 0 sin42 sin2D +- pentru =00:

( ) ( ) 43 . 716 r cos 1 N M 0 M0 0 + (MPa)N(0)=N0cos( =171.7 (N)- pentru 2 :( ) 2 . 1385 cos sin2r Fcos 1 N M2Mp0 01]1

+

,_

+ +

,_

(Nm)38 . 6536Fcos N2Np0+

,_

(N)- pentru =1300 : ( ) ( ) 5 . 5903 cos sin2r Fcos 1 N M 130 Mp0 0 1]1

+

,_

+ + (Nm) ( ) 01 . 6426Fcos N 130 Np0+ (N)Eforturile unitare maxime se calculeaz cu relaiile, avnd constanta k calculat anterior :( )( )( ) 10 . 136h b10 N kh r 2 hh r 60 M 2max 11]1

+ (Nm)( )( )( ) 82 . 35h b10 N kh r 2 hh r 60 M 2max 2 1]1

++ + (Nm)Pagina 64 din 89( )15 . 64h b12N kh r 2 hh r 62M 2max 31]1

,_

+

,_

(Nm)

( )72 . 76h b12N kh r 2 hh r 62M 2max 41]1

,_

++ +

,_

(Nm)

( )( )( ) 35 . 280h b1130 N kh r 2 hh r 6130 M 2max 51]1

+ (Nm)

( )( )( ) 85 . 24h b1130 N kh r 2 hh r 6130 M 2max 6 1]1

++ + (Nm)VI.4. Eforturile de fretajSolicitarea de fretaj este osolicitare de compresiune. Ansamblul picior-buc se asimileaz cu unsistemdedou tuburi fretate,confecionate respectiv din oel i bronz. n timpul funcionrii bucasedilat mai mult dect piciorul bielei, producndosolicitare suplimentar.Strngerea la rece care asigur fretarea bucei din biel n picior este:6010 6 s (mm)Strngerea la cald este dat de relaia: ( ) ( ) 0184 , 0 d T T si 0 p b t [mm]n care :5b10 8 , 1 ; 5p10 (K-1) coeficieni de dilatare liniar ai materialului bucei , respectiv piciorului. T = 900; T0 = 290 (K).Presiunea de fretaj reprezint presiunea specific dat de fretarea bucei i se calculeaz cu relaia :75 , 11Ed dd dEd dd dds spb2 2i2 2i2i2e2i2eit 0f11111]1

++ +++ (MPa) ,unde : = 0,3 - coeficientul lui Poisson.Pagina 65 din 89Eforturile unitare de fretaj n fibra exterioar i interioar , determinate de presiunea de fretaj :33 . 30 pd dd 2f2i2e2ifext (MPa)08 . 42 pd dd df2i2e2i2efext + (MPa)VI.5. Calculul coeficienilor de siguran Pentru cele trei seciuni coeficienii de siguran la oboseal se calculeaz dup algoritmul urmtor, pe fibra exterioar i interioar :max j fextemax ij + (MPa)min j fextemin ij + (MPa), undej = 2,4,6;max j int fimax ij + (MPa);min j int fimin ij + (MPa), unde j = 1,3,5;- efortul unitar mediu : 2min ij max ijijm + (Mpa),j = 16;- amplitudinea eforturilor rezultante : 2min ij max ijijv (MPa),j =16;- coeficientul de siguran : ijm ijv1jc + unde : = 1; = 1; = 0,75; = 0,12;-1 = 370 (MPa);j =16Cu ajutorul algoritmului de mai sus , valorile coeficienilor de siguran n cele ase puncte vor fi : - punctul 1 : 45 . 57max 1 int f max 11 + (MPa)67 . 15min 1 int f min 11 + (MPa)Pagina 66 din 8958 . 212min 11 max 11v 11 (MPa)09 . 382min 11 max 11m 11 + (MPa)84 . 12 cm 11 v 1111 + - punctul 2 :35 , 21max 2 fext max 22 + (MPa)91 , 68min 2 fext min 22 + (MPa)35 , 232min 22 max 22v 22 (MPa)65 . 422min 22 max 22m 22 + (MPa)96 , 9 cm 22 v 2212 + - punctul 3 :11 , 70max 3 int f max 33 + (MPa)04 , 98min 3 int f min 33 + (MPa)63 . 52min 33 max 33v 33 (MPa)48 , 922min 33 max 33m 33 + (MPa)2 , 119 cm 33 v 3313 + Pagina 67 din 89- punctul 4 :49 , 98max 4 fext max 44 + (MPa)47 , 86min 4 fext min 44 + (MPa)26 , 282min 44 max 44v 44 (MPa)47 , 862min 44 max 44m 44 + (MPa)21 . 8 cm 44 v 4414 + - punctul 5 :55 , 186max 5 int f max 55 + (MPa)49 , 72min 5 int f min 55 (MPa)96 , 132min 55 max 55v 55 (MPa)08 , 842min 55 max 55m 55 + (MPa)88 , 12 cm 55 v 5515 + punctul 6 :34 , 3max 6 int f max 66 + (MPa)06 , 61min 6 int f min 66 (MPa)02 , 572min 66 max 66v 66 (MPa)52 , 292min 66 max 66m 66 + (MPa)Pagina 68 din 89164 , 3 cm 66 v 6616 + VI.6. Calculul corpului bielei Marea majoritate a bielelor au corpul n profil I. Dimensiunile caracteristice a acestui profil sunt cele din figur.Seciunea median este supus la ntindere-compresiune. Corpul bielei este solicitat la flambaj i n planul de oscilaie al bielei i n planul perpendicular pe acesta.n figura urmtoare avem :- dc- diametrul capului bielei : dc = dm+2h cv= 46 (mm)unde - dm= 48 (mm)- l- lungimea dintre axele piciorului i capul bielei 1452Sl L- seciunea median a corpului bielei (L crete aproximativ liniar ntre Lp i Lc)25 . 182L LLc p+ (mm)unde Lp=17.42 (mm); Lc=21.52 (mm)- limea tlpilor : B= 0,7514 L (mm)- grosimea inimii:04 . 3 L 167 , 0 B1 (mm)- grosimea tlpii: 04 . 3 L 167 , 0 L1 (mm)- limea inimii:15 . 12 L 666 , 0 L2 (mm)Pagina 69 din 89Calculele se fac n seciunea minim, ce se consider la o distan x=10 mm fa de diametrul exterior al piciorului bielei i n seciunea medie ce se afl la o distan: xm=652d dle i+ (mm)n seciunea minim n calcul se utilizeaz forele Fi ,fora de inerie , i Fp, fora de presiune a gazelor , date de relaiile :( ) ( ) ( )( ) N 36 . 290044Dp p J m m m4Dp p F F20 a max 1 b b pe20 max max p + + + ( ) ( ) 33 . 103834Dp p J m m m F F20 a max 1 b b pe min i + + + (N)unde : -( )( ) [ ] 0684 , 0 x L B B B L b4d dm2 1 p2i2e1 b ;' + (Kg) - 7 , 7 (kg/dm3) ;- mb=0,092 [kg] masa bolului ;- mpe=0,645 [kg] masa pistonului echipat cu segmeni.Ariaseciunii minimeeste: ( ) 5 . 105 L B B B L A'2'1' 'p min (mm2),n care dimensiunile B ,B1 ,L2se consider cu 12 (mm) mai mici dect dimensiunile B, B1, L2. Eforturile unitare de ntindere din seciunea minim se determin cu relaiile :592 , 294AFminmaxmax (MPa)96 , 101AFminminmin (MPa)Coeficientul de siguran n aceast seciune se calculeaz cu relaia :48 , 2 cm r v1 + unde : - 25 . 902min maxv (MPa)Pagina 70 din 89- 27 . 2002min maxm + (MPa)- 1 ;85 , 0 ;75 , 0 ;12 , 0r ;3701 (MPa) .n seciunea medie , pentru calculul de verificare se ine cont de solicitarea corpului bielei la flambaj, considerndu-se biela articulat n planul de oscilaie Y-Y, i ncastrat n planulX-X. Forelecesevorfolosi ncalculul eforturilorunitaredeflambaj suntdatede urmtoarele relaii :( ) ( ) 7 . 28325 J m m m p p4DFz 2 b b pe 0 max2m max + + (N)( ) ( ) ( ) 51 . 130844Dp p p p J m m m F20 a 0 a max 2 b b pe m min + + + (N)unde :( )( ) [ ] 0963 , 0 x L B B B L b4d dmm 2 1 p2i2e2 b ;' + (mm) Ariaseciuniimediieste:( ) 5 . 85 L B B B L A2 1 p m (mm2).Eforturile unitare de flambaj se determin cu relaiile :71 , 213IA I c1AFxxm2mm maxxx max

,_

(MPa)951 , 213IA I c1AFyym2mm maxyy max

,_

(MPa)unde : - c = 0,004 caracteristica materialului ;- ( )55 . 932612L B BL B I32 1 3xx (mm4) -moment de inerie fa de axa X-X ;- 62 . 158312B L B L 2I323yy + (mm4) -moment de inerie fa de axa Y-YPagina 71 din 89541 , 134AFmm minyy min xx min (N)Coeficienii de siguran pentru planele X-X, respectiv Y-Y, se calculeaz cu relaiile:- planul X-X : 32 , 2 cmxx r vxx1xx + unde : -125 , 1742xx min xx maxvxx (MPa) -25 , 232xx min xx maxmxx + (MPa) - 1 ;=0,85;=0,75;r=0,12;-1=370 (MPa) .- planul Y-Y :29 , 2 cmyy r vyy1yy + unde : -246 , 1742yy min yy maxvyy (MPa) -705 , 392yy min yy maxmyy + (MPa) -1 ;=0,85;=0,75;r=0,12;-1=370 (MPa)VI.7. Calculul capului bielei Capul bielei este supus la ntindere i compresiune. ntruct capul este racordat larg cu corpul bielei, solicitarea de compresiune este redus, drept urmare capul se va verifica numai la solicitarea de ntindere.Datorit strngerii capacului bielei, capul este asimilat cuobar curb continu, ncastratncorpul bielei, nseciuniledindreptul locaurilor pentrucapul uruburilor de asamblare, ca n figur.Predimensionarea capului bielei :- dm = 46 (mm), diametrul fusului maneton ;Pagina 72 din 89- bc = lm = (0,450,65)dm = 30 (mm), limea capacului bielei, respectiv a manetonului.- hco = 1,5 (mm), grosimea cuzinetului ;- dc = dm+2hco = 49 (mm), diametrul interior al capului bielei;- = 1300, unghi de ncastrare ;- lc = 80 (mm), distana dintre axele uruburilor de biel;- =7,6 (Kg/dm3), densitatea materialului bielei.Solicitarea dentindere este produs de fora rezultant Ficdintre forele maxime de inerie dezvoltate de maselecumicareadetranslaieideparteapresupusn rotaie din masa bielei, fr a include aici masa capacului mc.Aceast for este dat de relaia :( ) ( ) 9 . 12131 J m m m p p4DFmax c a t o a2ic + + (N)unde: - mt = mpe + mb = 0,792 (kg)- ( )261 , 0 b4d lmc2m2cc 1]1

(kg);- 381 , 02mm mc2 b A (kg)Momentulncovoietor M0i fora normal N0ce apar n seciunea periculoas se vor calcula cu relaiile :( ) 199 , 17684 62 83 , 02I F10 Mcc ic 30 (Nm)( ) 60 , 4648 3 792 F 10 Nc ic30 (N)Efortul unitar corespunztor se va calcula cu formula urmtoare :394 , 225AN kWM kc0 Nc0 Mic+ (N),icad = 100300 (N)Pagina 73 din 89unde : -32 , 0I IIkcu ccM+, coeficient de repartiie a momentului, n care :-( )516 , 4240664d II4c4cc (mm4), momentul de inerie al seciunii capului ;-( )55 , 9700964d dI4m4ccu (mm4), momentul de inerie al seciunii cuzinetului ;-32 , 0A AAkcu ccN+ ,coeficient de repartiie al forei normale;-( )23 , 11754d lA2c2cc (mm2), aria seciunii capului ;-( )7 , 2094d dA2m2ccu (mm2), aria seciunii cuzinetului;-( )95 , 1112532d lW3c3cc ,modulul de rezisten al seciunii considerate.VI.8. Verificarea deformaieiFora Ficproduce deformaia capului bielei, care ia valoarea maxim fc, nplan perpendicular pe axa bielei. Pornind de la energia de deformare rezult : ( )( )cu2ccu c63c icc5 , 0 90I I E 10I F 5 , 1f + , - condiia necesar pentru asigurarea peliculei de ulei.Unde : - (cu = (0,00030,0030)dm = 0,001dm, jocul dintre maneton i cuzinei ;- E = 2,110 -5 (N/mm2).nlocuind obinem :5c10 95 , 0 f 3c10 17 , 2 f , condiie verificat.Pagina 74 din 89VI.9. Calculul uruburiloruruburile de biel se dimensioneaz iniial, apoi se calculeazrezistenalormecanici sedeterminmomentul de restrngere astfel nct s reziste la oboseal, iar fora n mbinare s nu devin nul n timpul funcionrii.Dinpunct devederedimensional, urubul seprezintn figur, iar ansamblul forelor care-l solicit este redat n figur.n funcionare, cnd capul bielei este solicitat la ntindere cu fora Fic, fiecrui urub i organele strnse de el li se repartizeaz fora Fs dat de relaia :955 , 5159zFFics (N) , unde z=2-numrul de uruburi.La montarea capacului bielei, se aplic uruburilor fora de strngere F0. Se recomand : F0=(23)Fs=15899,88 (N)Atunci fora total va fi : ( ) 87 , 15931 F 25 , 3 ... 15 , 2 Fs (N)Diametrul interior al urubului se determin cu formula :Pagina 75 din 89

21 . 915 , 1F c 4dcs unde : - c = 3,5 - coeficient de siguran la curgere ;- (c = 850 - limita de curgere a materialului.C A P I T O L U L VIICALCULUL DINAMICALAUTOTURISMULUIECHIPATCU MOTORULDIN PROIECTVII.1. Date despre autovehicul- cilindreea: Vt = 1386 (cm3)- puterea maxim: Pn = 75 (kW)- turaia la putere maxim: nn = 5000 (rot/min)- momentul maxim: Mcmax = 400 (Nm)- turaia la moment maxim: nM = 3300 (rot/min)Dimensiuni:- lungime: La = 5.034 (m)- limea: la = 1.880 (m)- nlimea: Ha = 1.440 (m)- ampatament: A = 2.882 (m)- ecartament: E = 1.591 (m)- masa total a autovehiculului: ma = 2400 (kg)- greutatea autovehiculului ncrcat cu sarcina nominal:Ga = ma (g = 2.354(104 (N)- masa admis pe axa 1: m1 = 1200 (kg)- masa admis pe axa 2: m2 = 1200 (kg)Pagina 76 din 89Greutatea total este aplicat n centrul de mas al autovehiculului, iar repartiia ei pe punile din fa i din spate este funcie de coordonatele centrului de greutate.- greutatea repartizat pe puntea fa: G1 = m1 gG1 = 1.177(104 (N)- greutatea repartizat pe puntea fa: G2 = m2 gG2 = 1.177(104 (N)Coordonatele centrului de greutate sunt:aa 2CgGL GaaCg = 2.517 (m)aa 1CgGL GbbCg = 2.517 (m)Autoturismul este echipat cu pneuri 225/60 R16 W.- limea exterioar a seciunii transversale: B = 0.225 (m)- diametrul interior al anvelopei: d = 16 (inch), d = 0.4064 (m)- nlimea exterioar a seciunii transversale: Hp = 0.6 B- diametrul exterior al anvelopei: D = 2 Hp + d = 0.676 (m)- raza liber: ro = D/2 = 0.338 (m)- coeficientul de rulare: = 0.93- raza de rulare: rr = ro = 0.315 (m)Viteza maxim de deplasare: Vmax = 250 (km/h)Panta maxim pe care autoturismul o poate urca: p = 45%Autoturismul este echipat cu o cutie de viteze mecanic, cu ase trepte de mers nainte i o treapt de mers napoi.VII.2. Caracteristica extern a motoruluiPagina 77 din 89Princaracteristicaexternsenelegefunciadedependenaputeriimotoruluiia momentului motor de viteza unghiular de rotaie a arborelui cotit, la admisiunetotal, reglajele motorului i temperatura de funcionare fiind cele optime.Curba de putere efectivFolosim exprimarea analitic a caracteristicii externe, din care puterea va rezulta n kW.Pmax =Pn nmnne e = 0.55( )889 . 0e 1 2e 4 31 ( )222 . 1e 1 2e 22 ( )111 . 1e 1 213 ( )11]1

,_

,_

+

,_

3n32n2n1 max ennnnnnP n Pe este coeficientul de elasticitate al motoruluiCurba de momentDeterminm mai nti viteza unghiular a arborelui cotit la putere maxim i, apoi, momentul la putere maxim, Mp, cu relaiile:3 n10 257 . 130n 2 (rad/sec)Curba de moment este dat de relaia:( )( )n 2n Pn Mee Pagina 78 din 892500Men ( )2.5 N.m.Pen ( )kW6500 0 nrotmin0 650 1300 1950 2600 3250 3900 4550 5200 5850 65000255075100125150175200225250n[rot/min]Me [N*m], Pe [kW]VII.3. Etajarea cutiei de vitezeDeterminarea raportului de transmitere al angrenajului principalPagina 79 din 89Calculul raportului de transmitere al angrenajului principal se face din condiia obinerii vitezei maxime, pentru raportul de transmitere din cutia de viteze egal cu 1. n acest caz avem:rmoi unde: - m este viteza unghiular a arborelui motor.- (m este viteza unghiular a roilor motoare ale autoturismului30nmax Vm

rmaxrrV Turaiaarborelui cotitlavitezmaximsedeterminn funciedeturaiaarborelui motor la putere maxim.( )n max Vn 25 . 1 ... 05 . 1 n adopt: nVmax = 1.25 nn = 7.5 103(rot/min)557 . 3Vr n 2imaxr max Vo Determinarea raportului de transmitere n treapta ISefacedincondiiadeurcarearampei maximepimpusedetemadeproiectare, autoturismul fiind ncrcat cu sarcina nominal Ga .Considerndcoeficientul derezistenlarularef=0.02, urcarearampei sefacela valoarea maxim a momentului motor.Unghiul rampei va fi: (max = 30.960 o Pe aceast ramp rezistenele la deplasarea autovehiculului sunt cele legate de rularea pe ramp i componenta greutii pe ramp.638 . 403 cos G f Rmax a r (N)4max a p10 211 . 1 sin G R (N)max coeficientul rezistenei totale a drumului.532 . 0 sin cos fmax max max + Fora necesar la roi este: Fr = Rr + Rp = 1.251 104 (N)Pagina 80 din 89Randamentul total al transmisiei este: m = 0.900.92 alegem m = 0.92 .006 . 3i Mr Gio m max cr max a1 SV Determinarea raiei progresiei geometrice a rapoartelor de transmitereSe folosete o cutie de viteze cu: nt = 6 trepte.Raia va fi: 317 . 1 i q1 n1 SVt Determinarea rapoartelor pentru treptele de viteze ale cutiei( )1 n j n1 SV SVt tji i Rapoartele cutiei de viteze vor fi:iSV1 = 3.006; iSV2 = 2.283; iSV3 = 1.734; iSV4 = 1.317; iSV5 = 1; iSV6 = 0.759.Vitezele maxime de deplasare ale autoturismului, n fiecare treapt de vitezVom calcula vitezele maxime de deplasare pentru regimul nominal, pentru regimul de suprasarcin i pentru regimul de mers n gol, n toate treptele de vitez.( )jtr mm air n377 . 0 j , n V VitezTreaptVa (km/h)cuplu maximVa (km/h)regim nominalVa (km/h)turaie maximI 32.93 59.873 68.854II 43.362 78.839 90.665III 57.098 103.814 119.386IV 75.185 136.814 157.205Pagina 81 din 89V 99.002 180.004 207.005VI 130.364 237.026 272.58VII.4. Caracteristica dinamic=> calculul factorului dinamicPentru trasarea caracteristicii dinamice avem nevoie de fora excedentar. Aceast for reprezintdiferenadintrefora tangenial la roata n fiecare treapt de vitez i rezistena aerului.Fe (n, j) = Fr (n, j) Ra (Va (n, j))( )( )aekGj , n Fj , n D FactorTreaptDk cuplu maximDkregim nominalDkturaie maximI 0.568 0.375 0.459II 0.43 0.277 0.342III 0.323 0.195 0.249IV 0.239 0.123 0.17V 0.172 0.049 0.096VI 0.113 -0.039 0.015=> rezistena specific total a drumului( ) + sin cos f- drum orizontal: ( (0) = 0.02- drum nclinat: ( ((max) = 0.107=> caracteristica dinamic a autovehicululuiCaracteristica dinamic a autoturismului se folosete pentru stabilirea unor parametrii ce privesc dinamica autovehiculului,cum ar fi: viteza maxim pe un drum cu un coeficient oarecare al rezistenei specifice, rampa maxim pe care o pot urca, rezistena specific maxim a drumului ce poate fi nvins de automobil, limitarea de ctre aderen a factorului dinamic.Viteza maxim.Pagina 82 din 89 innd seama de caracteristica dinamic, la o valoare a rezistenei specifice, ducnd o paralel la axa vitezelor, proiecia pe aceast ax a punctului de intersecie cu una din curbele de variaie ale factorului dinamic ne d viteza de deplasare a autoturismului.Dup cum se observ din figura de mai jos viteza maxim de deplasare a autoturismului este, peundrumcurezistenspecificYpde13.24(m/s), iar peundrumcurezisten specific Yo de 69 (m/s).CARACTERISTICA DINAMIC A AUTOTURISMULUIPagina 83 din 890.60Dk1n ( )Dk2n ( )Dk3n ( )Dk4n ( )Dk5n ( )Dk6n ( ) 0 ( ) max75 0 V1 n ( ) V2 n ( ) , V3 n ( ) , V4 n ( ) , V5 n ( ) , V6 n ( ) ,0 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 7500.060.120.180.240.30.360.420.480.540.6=> calculul factorului dinamic limit funcie de aderen- coeficient de aderen: ( = 0.6- greutatea de aderen: Gad = 1.177(104 (N)Pagina 84 din 89- fora maxim la roile motoare trebuie s fie mai mic sau cel mult egal cu fora de aderen:

3ad max r10 061 . 7 G F (N)Factorul dinamic limit se poate calcula folosind relaia:( )( ) ( )aa a max rGj , n V R Fj , n D FactorTreaptD cuplu maximDregim nominalDturaie maximI 0.298 0.291 0.293II 0.297 0.285 0.289III 0.294 0.274 0.28IV 0.29 0.255 0.266V 0.282 0.222 0.241VI 0.269 0.164 0.197VII.5. Demarajul autovehicululuiPunerea n eviden a performanelor autovehiculului se realizeaz prin analiza capacitilor dedemarare. Aceastasefaceprindeterminareaacceleraiilor, atimpului i a spaiului de demarare.=> acceleraia autovehiculului la demarajAcceleraia caracterizeaz calitile dinamice pentru condiii identice, mrimea acesteia influennd direct proporional valoarea vitezei medii de deplasare. Acceleraiile autovehiculului depind de valoarea factorului dinamic i de coeficientul maselor n micare de rotaie la treptele de vitez considerate.Coeficientul maselor n micare de rotaie se calculeaz cu expresia:( ) ( )2SVji 05 . 0 1 j + Pagina 85 din 89DemarajTrepteleI 1.452II 1.261III 1.15IV 1.087V 1.05VI 1.029( ) ( ) ( ) ( )( ) jgj , n D , j , n ak a - pentru drum orizontal: Accel.Treaptaa (m/s2)cuplu maximaa (m/s2)regim nominalaa (m/s2)turaie maximI 3.702 2.964 2.4II 3.186 2.505 1.996III 2.582 1.95 1.495IV 1.98 1.351 2.4V 1.417 0.706 0.275VI 0.886 -0.049 -0.56- pentru drum nclinat: Accel.Treaptaa (m/s2)cuplu maximaa (m/s2) regim nominalaa (m/s2)turaie maximI 3.114 2.376 1.811II 2.508 1.828 1.318III 1.839 1.207 0.753IV 1.194 0.565 0.144V 0.604 -0.107 -0.539VI 0.056 -0.879 -1.39ACCELERAIA LA DEMARARE PE UN DRUM ORIZONTALPagina 86 din 8940.049aan 1 , 0 , ( )ms2.aan 2 , 0 , ( )ms2.aan 3 , 0 , ( )ms2.aan 4 , 0 , ( )ms2.aan 5 , 0 , ( )ms2.aan 6 , 0 , ( )ms2.75 1.109 V1 n ( ) V2 n ( ) , V3 n ( ) , V4 n ( ) , V5 n ( ) , V6 n ( ) ,0 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 750.50.050.40.851.31.752.22.653.13.55ACCELERAIA LA DEMARARE PE UN DRUM NCLINATPagina 87 din 893.51aan 1 , max,ms2.aan 2 , max,ms2.aan 3 , max,ms2.aan 4 , max,ms2.aan 5 , max,ms2.aan 6 , max,ms2.75 1.109 V1 n ( ) V2 n ( ) , V3 n ( ) , V4 n ( ) , V5 n ( ) , V6 n ( ) ,0 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 7510.550.10.350.81.251.72.152.63.05=> determinarea acceleraiilor maxime, funcie de aderenValoarea maxim a factorului dinamic depinde de aderena roilor motoare cu calea de rulare i, prin urmare, i acceleraia maxim a autovehiculului va depinde de aderen.Pagina 88 din 89( ) ( ) ( ) ( )( ) jgj , n D , j , n aa - pentru drum orizontal: Accel.Treaptaa (m/s2)cuplu maximaa (m/s2)regim nominalaa (m/s2)turaie maximI 0.215 0.21 0.207II 0.246 0.235 0.23III 0.266 0.245 0.236IV 0.274 0.237 0.219V 0.271 0.204 0.173VI 0.255 0.136 0.081- pentru drum nclinat: Accel.Treaptaa (m/s2)cuplu maximaa(m/s2) regim nominalaa (m/s2)turaie maximI -1.529 -1.534 -1.536II -1.762 -1.773 -1.778III -1.935 -1.956 -1.965IV -2.055 -2.093 -2.111V -2.139 -2.207 -2.238VI -2.205 -2.325 -2.381=> determinarea rampei maxime pe care o poate urca autoturismul( ) ( ) f j , n D j , n P rampa pe care o poate urca autoturismul n anumite condiii.Rampa pe care o poate urca autoturismul se determin pentru un cuplu motor maxim, i treapta I a cutiei de viteze.Pagina 89 din 89