calculul si constructia motoarelor cu ardere interna
DESCRIPTION
proiect CCMAITRANSCRIPT
SPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE
PROIECT
Calculul şi Construcţia Motoarelor cu Ardere Internă
Îndrumător proiect:
STUDENT:
An universitar2008 – 2009
Cuprins
Tema de proiect 7
I. Obiectivele calculului termic 8
Calculul procesului de schimbare a gazelor (evacuare şi admisie) 8 Parametrii iniţiali pentru calculul termic 10 Calculul procesului de comprimare 12
Presiunea la sfârşitul procesului de comprimare 12 Temperatura la sfârşitul procesului de comprimare 12
Calculul procesului de ardere 13 Cantitatea minimă de aer necesară pentru arderea unui 1 kg de
combustibil 13 Cantitatea de fluid proaspăt (aer), care pătrunde în cilindru
pentru 1 kg de combustibil 13 Numărul de kmoli de substanţă de ardere rezultaţi, caz în care ardere completă teoretică 13 Coeficientul de variaţie molar 14 Coeficientul de variaţie molară totală 14 Puterea calorică inferioară (motorine) 15 Căldura disponibilă prin arderea unui 1 kg de combustibil 15
Destinderea 17 Gradul de destindere prealabil 17 Gradul de destindere 17
Determinarea presiunilor medii indicate şi effective 18 Presiunea medie indicată 18 Presiunea medie efectivă 19
Cilindreea unitară 19 Volumul minim al camerei de ardere 20 Volumul maxim 20 Cilindreea totală 21 Alţi indici de perfecţiune ai motorului 21
Randamentul indicat 21 Randamentul efectiv 21 Consumul specific indicat 21 Consumul specific efectiv 22 Puterea litrică 22
II. Mecanismul bielă-manivelă 23
Cinematica mecanismului bielă-manivelă 23
2
Dinamica mecanismului bielă-manivelă 28 Forţa de presiune a gazelor din cilindru 28 Forţe de inerţie 30
Forţe de inerţie date de masele aflate în mişcare de Translaţie 30
Forţe de inerţie date de masele aflate în mişcare de Rotaţie 32
Forţe care acţionează în mecanismul bielă-manivelă 33 Steaua manivelelor şi ordinea de aprindere 38 Uniformizarea mişcării arborelui cotit 43
Volantul 45
III. Grupul piston 47
Pistonul 47 Calculul pistonului 49 Calculul capului pistonului 51 Calculul regiunii port-segmenţi 52 Calculul mantalei 53
Bolţul 55 Presiunea de contact în bielă 58 Presiunea din locaşul bielei 59 Momentul încovoietor în secţiunea radială a bolţului 59 Tensiunea maximă de încovoiere 59 Tensiunile maxime şi minime 60 Coeficientul de siguranţă la oboseală pentru boltul flotant 60 Tensiunea de forfecare în plan neutru 61 Repartiţia de tensiuni 62
Fibra exterioară 62 Fibra interioară 62 Presiunile în punctele 1, 2, 3, 4 63
Determinarea jocului la montaj în umerii mantalei 64 Segmenţii 64
Rostul în stare liberă 66 Raza medie a segmentului 66 Tensiunea maximă la montarea segmenţilor 67 Rostul la montaj 67
IV. Biela 69
Piciorul bielei 69
3
Solicitarea de întindere 70 Unghiul de încastrare 71 Raza medie a piciorului 71 Forţa normală şi momentul de încovoiere determinat de 71
forţa de tracţiune 71 Tensiunile în fibra exterioară, respectiv interioară pentru
secţiunea de încastrare 71 Solicitarea de compresiune 73
Forţa normală şi momentul de încovoiere date de forţa de compresiune 73
Forţa normală şi momentul încovoietor în secţiunea de încastrare date de forţa de compresiune 73
Forţa în fibra interioară, respectiv cea exterioară dată de forţa de compresiune în secţiunea de încastrare 74
Solicitarea de fretare 74 Presiunea de fretaj 75 Tensiunea în fibra exterioară, respectiv cea interioară
determinată de presiunea de fretaj 75 Tensiunea maximă şi minimă în fibra exterioară 76 Coeficientul de siguranţă 76 Deformaţia maximă a piciorului 77
Calculul corpului bielei 78 În secţiunea minimă, forţa de tracţiune 80 Tensiunea de întindere 80 Forţa de compresiune 80 Tensiunea de compresiune 81 Coeficientul de corecţie în planul de oscilaţie 81 Coeficientul de corecţie în planul de încastrare 82 Tensiunea de compresiune şi flambaj în planul de oscilaţie 82 Tensiunea maximă şi minimă 82
Calculul capului bielei 84 Tensiunea în fibra exterioară 86 Deformaţia maximă a capului 88
V. Arborele cotit 89 Calculul arborelui cotit 91
Diametrul fusului palier 92
4
Lungimea fusului maneton 92 Lungimea fusului palier 92
Fus intermediar 92 Fus de capăt 92
Diametrul fusului maneton 92 Diametrul interior al fusului maneton 92 Diametrul interior al fusului palier 93 Lăţimea braţelor 93 Grosimea braţelor 93 Raza de racordare dintre fus şi braţ 93 Lungimea cotului 93
Verificarea fusului la presiunea de contact şi încălzire 93 Presiunile specifice pe fusul maneton 93
Presiunea specifică medie 93 Presiunea specifică maximă 94
Presiunea specifică pe fusul palier 94 Presiunea specifică medie 94 Presiunea specifică maximă 94
Verificarea fusului la încălzire 95 Coeficientul de uzură pentru fusul maneton 95 Coeficientul de uzură pentru fusul palier 95
Diagramele polare 96 Diagrama polară a fusului maneton 96 Diagrama polară a fusului palier 99
Verificarea la oboseală 102Tensiunea maximă şi minimă 104
Tensiunea maximă 104Tensiunea minimă 104
Coeficientul de siguranţă la oboseală 104 Calculul fusului maneton 106 Reacţiunile din reazemul stâng 107 Momentul încovoietor în planul tangenţial 107 Momentul de încovoiere în secţiunea slăbită 107 Momentul de torsiune al manetonului 107 Solicitarea de încovoiere 109 Coeficientul de siguranţă la maneton 109 Solicitarea de torsiune 110 Coeficientul de siguranţă pentru fusul maneton 111 Coeficientul global de siguranţă pentru fusul maneton 112
Calculul bratelor 112 Momentul încovoietor în planul braţelor 113 Momentul încovoietor în planul normal 113 Tensiunea normală de încovoiere şi compresiune 113
5
Tensiunile normale de încovoiere maximă şi minimă 115 Coeficientul de siguranţă la solicitarea de încovoiere-
compresiune pentru braţ 115 Solicitarea de torsiune 116 Tensiunea tangenţială minimă şi maximă în punctul x 116 Coeficientul de siguranţă la torsiune pentru braţ 117 Coeficientul global de siguranţă al braţului 118
Bibliografie 119
6
TEMA DE PROIECT
Să se proiecteze un motor cu piston în patru timpi cu aprindere prin compresie care are următoarele caracteristici:
puterea maximă efectivă: Pe=77 kW; turaţia corespunzătoare puterii maxime: np=4400 rot/min; numărul de cilindri: i=4 în linie; cursa pistonului: S=90 mm; diametrul interior al cilindrului (alezajul): D=80 mm.
I. Obiectivele calculului termic:
7
Calculul termic al motoarelor cu ardere internă are ca scop determinarea mărimilor de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate pornind de la următoarele date de intrare: tip motor, putere nominală, turaţie la putere nominală, număr de cilindri. Cu ajutorul calculului termic se pot determina: alezajul, cursa pistonului, unii parametrii caracteristici, ca de exemplu puterea şi economicitatea
Obiectivele calculului termic sunt determinarea mărimilor de stare (presiune (p), volum (V), temperatură (T)) ale fluidului de lucru în puncte caracteristice ale ciclului motor.
Punctele caracteristice sunt: punctul de sfârşit al procesului de admisie; începutul procesului de ardere; presiunea maximă pe ciclu; presiunea la sfârşitul procesului de ardere; presiunea de evacuare.
1.1 Calculul procesului de schimbare a gazelor (evacuare şi admisie):
Diagrama indicată:
Este prezentată în figura de mai jos (Fig. 1.1):
Fig. 1.1 Diagrama indicatăSemnificaţia punctelor de pe diagramă este:
pmi – punctul mort interior; pme – punctul mort exterior;
8
VS – volumul dislocat de piston în timpul unei curse; VC – volumul camerei de ardere; Va – volumul total al camerei de ardere; a – începutul admisiei; s – scânteia; i – injecţia (întârzierea admisiei); d – faza arderii rapide; e – faza arderii izobare (s-a atins temperatura maximă); f – faza arderii izoterme (temperatura rămâne constantă).
Calculul termic porneşte din momentul în care pistonul se află în punctul mort interior (pmi) la începutul procesului de ardere (punctul a).
Parametrii de stare în punctul a (Fig. 1.2 şi 1.3) sunt: presiunea de evacuare pr; temperature gazelor reziduale Tr; volumul minim al camerei de ardere Vc.
Fig. 1.2 Diagrama indicată la motoarele cu ardere prin compresie
9
Fig. 1.3 Diagrama indicată la motoarele cu ardere prin scânteie
Semnificaţii: Xs – avansul la declanşarea scânteii; Xinj – avansul la declanşarea injecţiei; Xev - avansul la declanşarea evacuării; pr – presiunea gazelor arse reziduale (presiunea de evacuare); pa – presiunea la sfârşitul procesului de admisie; p0 – presiunea atmosferică.
1.2. Parametrii iniţiali pentru calculul termic:
T0=2880 K sau 2930 KSe alege: T0=2880 K.
p0=0,1 MPa=1 bar.
Ceilalţi parametri se vor alege pe baza datelor statistice (Tabel 1.1): temperatura gazelor arse reziduale – Tr; coeficientul excesului de aer – λ; raportul de comprimare – ε; coeficientul gazelor reziduale – γr.
Tabel 1.1
MAC Adoptat
10
λ 1,3…..1,6 1,5
Tr [0 K] 800…..1000 900
ε 16…..22 19
ΔT [0 K] 10…..25 20
pr [MPa] 0,105…..0,125 0,115
pa [MPa] 0,085…..0,093 0,089
νp 1,05…..1,2 1,125
Coeficientul gazelor reziduale se calculează cu relaţia:
unde: - gradul de preîncălzire a fluidului proaspăt; - presiunea gazelor arse reziduale (presiunea de evacuare); - presiunea la sfârşitul procesului de admisie; - coeficientul de postumplere.
Coeficientul de postumplere este raportul dintre cantitatea de fluid proaspăt aflată în cilindru la sfârşitul procesului de admisie şi cea aflată în cilindru la sfârşitul cursei de admisie (punctul a de pe ambele diagrame).
Se recomandă:
unde: - temperatura la sfârşitul cursei de admisie.
Se recomandă:
11
Se recomandă:
1.3. Calculul procesului de comprimare:
Presiunea la sfârşitul procesului de comprimare:
unde: - exponentul politropic al procesului de comprimare.
Se recomandă:
Se adoptă: Se recomandă:
Temperatura la sfârşitul procesului de comprimare:
Se recomandă:
1.4. Calculul procesului de ardere:
Cantitatea minimă de aer necesară pentru arderea unui 1 kg de combustibil (calculul termic atât la MAC, cât şi la MAS, se desfăşoară pentru 1 kg de combustibil):
unde: - cantitatea de carbon dintr-un 1 kg de combustibil;
12
- cantitatea de hidrogen dintr-un 1 kg de combustibil; - cantitatea de oxigen dintr-un 1 kg de combustibil.
Valori:
Cantitatea de fluid proaspăt (aer), care pătrunde în cilindru pentru 1 kg de combustibil:
Numărul de kmoli de substanţă de ardere rezultaţi, caz în care ardere completă teoretic:
13
Coeficientul de variaţie molar:
Coeficientul de variaţie molară totală:
Pentru a determina parametrii la sfârşitul procesului de ardere este necesar să se stabilească formulele generale pentru determinarea căldurii specifice medii ale fluidului proaspăt pe intervalul de temperatură corespunzător procesului de comprimare, respetiv a căldurii specifice de volum constant a gazelor de ardere la temperatura de ardere.
Puterea calorică inferioară (motorine):
Puterea calorică inferioară reprezintă căldura degajată prin arderea unui 1 kg de substanţă, ţinând cont de căldura pierdută prin vaporizarea apei pe care o conţine.
14
Pentru: .unde:
- căldura specifică în arderea incompletă.
unde: - coeficientul de utilizare a căldurii.
Căldura disponibilă prin arderea unui 1 kg de combustibil:
Pentru avem:
Ceilalţi parametri se vor alege pe baza datelor statistice (Tabel 1.2):
Tabel 1.2
unde: - constanta universală a gazelor.
- raportul de creştere a presiunii.
15
.Se adoptă:
Valori uzuale:
Calculând valoarea lui A din formula de mai sus, rezultă:
Introducând valoarea lui A în ecuaţia de mai sus şi făcând calculele avem:
1.5. Destinderea:
Gradul de destindere prealabil:
unde: - volumul instantaneu al camerei de ardere;
16
- volumul mort sau minim.
Gradul de destindere:
unde: - exponentul politropic.
Se adoptă:
1.6. Determinare presiunilor medii indicate şi efective:
Presiunea medie indicată:
Reprezintă lucrul mecanic produs în timpul unui ciclu motor, raportat la unitatea de volum al camerei de ardere, fiind un parametru important în ceea ce priveşte eficienţa motorului.
17
unde: - coeficientul de rotunjire a diagramei.
Se adoptă:
Presiunea medie efectivă:
1.7. Cilindreea unitară:
Reprezintă volumul dislocate de piston în timpul unei curse între punctele moarte.
unde: - puterea maximă; - numărul de timpi ai motorului;
- presiunea medie efectivă; - numărul de cilindrii ai motorului;
- turaţia mototrului.
18
Cilindreea se calculează în funcţie de diametrul interior al cilindrului (alezaj) şi cursa pistonului, cu formula:
Se adoptă:
Se adoptă:
Se adoptă:
Se recalculează cilindreea unitară cu noile valori:
unde: - diametrul interior al cilindrului (alezaj); - cursa pistonului.
Volumul minim al camerei de ardere:
Volumul maxim:
19
Cilindreea totală:
Alţi indici de perfecţiune ai motorului:
Randamentul indicat:
Randamentul indicat reprezintă fracţiunea din căldura ce s-ar putea teoretic degaja în urma arderii, care se transformă în lucru mecanic fără a se ţine seama de frecări.
Randamentul efectiv:
Randamentul efectiv este fracţiunea din căldura totală care s-ar putea produce prin ardere, care se transformă în lucru mecanic furnizat utilizatorului.
Consumul specific indicat:
20
Consumul specific efectiv:
Puterea litrică:
21
II. Mecanismul bielă-manivelă:
2.1. Cinematica mecanismului bielă-manivelă:
Studiul cinematic presupune determinarea deplasării, vitezei şi acceleraţiei pistonului. Pistonul execută o mişcare alternativă de translaţie între cele două puncte moarte.
Expresiile pentru determinarea parametrilor cinematici, se vor scrie funcţie de unghiul de rotaţie al arborelui cotit .
Prin convenţie , este momentul în care pistonul începe cursa de admisie din punctul mort interior spre punctul mort exterior.
În figura de mai jos este prezentată cinematica mecanismului bielă-manivelă (Fig. 2.1):
22
Fig. 2.1 Mecanismul bielă-manivelă
- deplasarea pistonului
unde: - raza manivelei; - unghiul de rotaţie al arborelui cotit; - unghiul dintre bielă şi axa cilindrului;
- cursa pistonului;
23
- lungimea bielei.
Pentru motorul din tema de proiect, care este destinat autoturismelor şi totodată ţinând cont că este de tip MAC, intervalul de variaţie a lui este:
- viteza pistonului.
unde: - viteza unghiulară a arborelui cotit.
unde: - turaţia de putere.
- acceleraţia pistonului.
24
Folosind relaţiile de mai sus, se obţin următoarele valori calculate (Tabel 2.1):
Tabel 2.1
alfa sp wp ap
[grd] [m] [m/s] [m/s2]0 0.000 0.00 1227115 1.964 6.84 1158030 7.636 12.93 962945 16.394 17.61 674960 27.321 20.51 340975 39.351 21.50 10990 51.429 20.72 -2727
105 62.645 18.54 -4832120 72.321 15.38 -6135135 80.034 11.69 -6749150 85.578 7.80 -6902165 88.897 3.88 -6857180 90.000 0.00 -6817195 88.897 -3.88 -6857210 85.578 -7.80 -6902225 80.034 -11.69 -6749240 72.321 -15.38 -6135255 62.645 -18.54 -4832270 51.429 -20.72 -2727285 39.351 -21.50 109300 27.321 -20.51 3409315 16.394 -17.61 6749330 7.636 -12.93 9629345 1.964 -6.84 11580360 0.000 0.00 12271375 1.694 6.84 11580390 7.636 12.93 9629405 16.394 17.61 6749420 27.321 20.51 3409
25
435 39.351 21.50 109450 51.429 20.72 -2727465 62.645 18.54 -4832480 72.321 15.38 -6135495 80.034 11.69 -6749510 85.578 7.80 -6902525 88.897 3.88 -6857540 90.000 0.00 -6817555 88.897 -.388 -6857570 85.578 -7.80 -6902585 80.034 -11.69 -6749600 72.321 -15.38 -6135615 62.645 -18.54 -4832630 51.429 -20.72 -2727645 39.351 -21.50 109660 27.321 -20.51 3409675 16.394 -17.61 6749690 7.636 -12.93 9629705 1.964 -6.84 11580720 0.000 0.00 11271
Cu valorile din tabel se obţin următoarele grafice:
deplasarea pistonului in functie de unghiul alfa
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
dep
lasa
rea
pis
ton
ulu
i
alfa
sp
Fig. 2.2 Variaţia deplasării (sp) pistonului în funcţie de unghiul α
26
viteza pistonului in functie de unghiul alfa
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
vite
za p
isto
nu
lui
alfa
wp
Fig. 2.3 Variaţia vitezei (wp) pistonului în funcţie de unghiul α
acceleratia pistonului in functie de unghiul alfa
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
acce
lera
tia
pis
ton
ulu
i
alfa
ap
Fig. 2.4 Variaţia acceleraţiei (ap) pistonului în funcţie de unghiul α
2.2. Dinamica mecanismului bielă-manivelă:
27
În mecanismul bielă-manivelă, acţionează două tipuri de forţe: forţa de presiune a gazelor din cilindru; forţe de inerţie:
forţe de inerţie date de masele în mişcare de translaţie; forţe de inerţie date de masele în mişcare de rotaţie.
2.2.1. Forţa de presiune a gazelor din cilindru :
- forţa de presiune a gazelor
unde: - diametrul alezajului; - presiunea din cilindru; - presiunea carter sau presiunea atmosferică.
Presiunea din cilindru variază în funcţie de poziţia pistonului. Pentru a obţine valorile presiunii din cilindru, folosim diagrama indicată p-V de mai jos:
diagrama indicata p-V
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
pre
siu
nea
si
volu
mu
l
alfa
Vi
pcil
Fig. 2.5 Diagrama indicată p-V
28
presiunea din cilindru in functie de unghiul alfa
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
pre
siu
nea
alfa
pcil
Fig. 2.6 Diagrama indicată a presiunii din cilindru în funcţie de α
2.2.2. Forţe de inerţie:
2.2.2.1. Forţe de inerţie date de masele în mişcare de translaţie:
Forţa de inerţie a maselor în mişcare de translaţie acţionează pe direcţia axei cilindrului. Grupul piston execută o mişcare rectilinie alternativă de translaţie.
Biela execută o mişcare de translaţie şi de rotaţie. Se consideră că o parte din masa bielei este concentrată în felul următor:
- masa bielei în punctul A, este concentrată în punctal de articulaţie cu bolţul şi execută mişcare alternativă, solidarăcu grupul piston;
- masa bielei în punctul M, este concentrată în punctal de articulaţie cu fusul maneton şi execută mişcare de rotaţie cu viteză unghiulară constantă.Din date statistice: unde:
- masa bielei.
Pentru calculul presiunii din cilindru, se procedează în felul următor:
29
unde: - volumul maxim al camerei de ardere; - volumul instantaneu al camerei de ardere.
Masa bielei se alege din tabele statistice pornind de la masa relativă
a acesteia:
Masa grupului piston se alege din tabele statistice pornind de la masa relativă a acestuia.Pentru piston din aluminiu:
- forţa de inerţie de translaţie.
30
În tabelul de mai jos sunt prezentate masele raportate (Tabel 2.2):
Tabel 2.2Mase raportate MAC autoturisme
D=60…..100 mmValori alese
Masa raportată a grupului piston 9…..15 12
Masa raportată a bielei 17…..19 18
Masa raportată a unui cot 8…..20 14
2.2.2.2. Forţe de inerţie date de masele în mişcare de rotaţie:
Masa raportată a unui cot fără contragreutăţi pentru fusuri găurite din oţel va avea următoarele valori:
- forţa de inerţie de rotaţie.
31
Din calculele de mai sus rezultă: este masa grupului piston; este masa bielei; este masa cotului.
2.2.2.3. Forţe care acţionează în mecanismul bielă - manivelă:
- forţa rezultată aplicată de piston în articulaţie
Forţa se descompune în două componente: - componenta după axa bielei;
- componenta normală pe axa cilindrului.
unde:
Forţele care acţionează asupra fusului maneton şi fusului palier se determină deplasând forţa în butonul de manivelă (punctul M) şi descompunând-o după două direcţii: una tangentă la maneton – forţa ;
una normală la maneton – forţa .
- momentul încovoietor instantaneu.
Folosind relaţiile de mai sus, se obţin următoarele valori (Tabel 2.3):
Tabel 2.3
32
alfa Vi pcil Fp Fi F[grd] [dm^3] [bar] [N] [N] [N]
0 0.015 75 -10393 -1031815 -0.011 -55 -9808 -986430 -0.011 -55 -8156 -821145 -0.011 -55 -5716 -577160 -0.011 -55 -2887 -294275 -0.011 -55 -92 -14790 -0.011 -55 2310 2254
105 -0.011 -55 4092 4037120 -0.011 -55 5197 5141135 -0.011 -55 5716 5661150 -0.011 -55 5846 5791165 -0.011 -55 5808 5753180 -0.011 -55 5774 5719195 0.4714 -0.009 -47 5808 5761210 0.4548 -0.005 -25 5846 5821225 0.4269 0.004 18 5716 5734240 0.3881 0.018 90 5197 5287255 0.3395 0.042 209 4092 4301270 0.2831 0.081 408 2310 2718285 0.2224 0.152 762 -92 670300 0.1619 0.287 1444 -2887 -1443315 0.1070 0.580 2918 -5716 -2798330 0.0630 1.299 6530 -8156 -1626345 0.0345 3.076 15460 -9808 5652360 0.0246 4.780 24027 -10393 13633375 0.0345 7.780 39106 -9808 29298390 0.0630 3.978 19998 -8156 11842405 0.1070 1.958 9844 -5716 4128420 0.1619 1.106 5561 -2887 2674435 0.2224 0.701 3524 -92 3432450 0.2831 0.487 2447 2310 4756465 0.3395 0.364 1831 4092 5923480 0.3881 0.291 1461 5197 6657495 0.4269 0.245 1234 5716 6950510 0.4548 0.218 1098 5846 6944525 0.4714 0.204 1025 5808 6833540 0.107 538 5774 6312555 0.015 75 5808 5883570 0.015 75 5846 5921585 0.015 75 5716 5791600 0.015 75 5197 5272615 0.015 75 4092 4168630 0.015 75 2310 2385645 0.015 75 -92 -17660 0.015 75 -2887 -2812675 0.015 75 -5716 -5641690 0.015 75 -8156 -8080705 0.015 75 -9808 -9733720 0.015 75 -10393 -10318
alfa Beta N B ZB T Mi
33
[grd] [grd] [N] [N] [N] [N] [N*m]0 0.000 0 -10318 -10318 0 0.0015 4.241 -731 -9891 -9338 -3259 -146.6730 8.213 -1185 -8296 -6518 -5132 -230.9345 11.656 -1191 -5893 -3239 -4923 -221.5360 14.326 -751 -3037 -820 -2924 -131.5775 16.020 -42 -153 3 -153 -6.9090 16.602 672 2352 -672 2254 101.45
105 16.020 1159 4200 -2165 3600 161.98120 14.326 1313 5306 -3708 3796 170.82135 11.656 1168 5780 -4828 3177 142.97150 8.213 836 5851 -5433 2171 97.72165 4.241 427 5769 -5667 1077 48.46180 0.000 0 5719 -5719 0 0.00195 -4.241 -427 5776 -5675 -1078 -48.53210 -8.213 -840 5882 -5462 -2183 -98.23225 -11.656 -1183 5855 -4891 -3218 -144.83240 -14.326 -1350 5457 -3813 -3904 -175.66255 -16.020 -1235 4475 -2306 -3835 -172.58270 -16.602 -810 2836 -810 -2718 -122.30285 -16.020 -192 697 -12 -697 -31.36300 -14.326 368 -1489 -402 1434 64.51315 -11.656 577 -2857 -1571 2387 107.42330 -8.213 235 -1642 -1290 1016 45.72345 -4.241 -419 5667 5350 -1868 -84.04360 0.000 0 13633 13633 0 0.00375 4.241 2172 29378 27737 9681 435.66390 8.213 1709 11965 9401 7401 333.06405 11.656 852 4215 2317 3521 158.46420 14.326 683 2760 746 2657 119.56435 16.020 985 3571 -64 3570 160.66450 16.602 1418 4963 -1418 4756 214.04465 16.020 1701 6163 -3176 5281 237.65480 14.326 1700 6871 -4801 4915 221.19495 11.656 1434 7096 -5928 3901 175.52510 8.213 1002 7016 -6514 2604 117.17525 4.241 507 6852 -6731 1279 57.56540 0.000 0 6312 -6312 0 0.00555 -4.241 -436 5900 -5796 -1101 -49.56570 -8.213 -855 5983 -5555 -2220 -99.92585 -11.656 -1195 5913 -4940 -3250 -146.27600 -14.326 -1346 5441 -3802 -3893 -175.17615 -16.020 -1197 4336 -2235 -3716 -167.22630 -16.602 -711 2489 -711 -2385 -107.33645 -16.020 5 -17 0 17 0.78660 -14.326 718 -2902 -784 2794 125.73675 -11.656 1164 -5759 -3166 4811 216.51690 -8.213 1166 -8164 -6414 5050 227.25705 -4.241 722 -9760 -9215 3216 144.73720 0.000 0 -10318 -10318 0 0.00
Cu valorile din tabel obţinem următoarele grafice:
34
fortele de presiunea din cilindru in functie de unghiul alfa
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
pre
siu
nea
din
cil
ind
ru
alfa
Fp
Fi
F
Fig. 2.7 Variaţia forţelor din cilindru în funcţie de unghiul α
variatia unghiului beta in functie de unghiul alfa
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
un
gh
iul
bet
a
alfa
Beta
Fig 2.8 Variaţia unghiului β de înclinare a bielei în funcţie de α
35
variatia fortei B in functie de unghiul alfa
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
fort
a B
alfa
B
Fig 2.9 Variaţia componentei B în funcţie de α
variatia fortei N in functie de unghiul alfa
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
fort
a N
alfa
N
Fig 2.10 Variaţia componentei N în funcţie de α
36
variatia fortei tangentiale T si normale ZB la maneton in functie de unghiul alfa
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
fort
a ta
ng
enti
ala
T s
i n
orm
ala
ZB
la
man
eto
n
alfa
ZB
T
Fig 2.10 Variaţia forţei tangenţiale T şi normale ZB la maneton în funcţie de α
2.3. Steaua manivelelor şi ordinea de aprindere:
Fig. 2.11 Motorul cu 4 cilindrii
37
Fig. 2.12 Arborele cotit pentru motorul cu 4 cilindrii în linie
Din motive de reducere a dezechilibrelor care apar la un motor policilindric, defazajul dintre aprinderi trebuie să fie acelaşi.
- defazajul dintre aprinderi.
unde: - numărul de cilindrii.
Pentru:
La motoarele cu număr par de cilindrii în linie, forţele şi momentele interne se anulează dacă arborele are plan central de simetrie.
Steaua manivelelor reprezintă proiecţia acestora pe un plan perpendicular pe axa de rotaţie a arborelui cotit.
Ordinea de aprindere la motorul cu 4 cilindrii este:
Condiţii:- aprinderea începe întotdeauna cu pistonul 1;- a doua condiţie pentru o bună autoechilibrare a motorului este ca numărul de aprinderi succesive în cilindrii apropiaţi să fie minim.
38
În tabelul de mai jos este prezentat schema de lucru a unui motor cu 4 cilindrii în linie (Tabel 2.4):
Tabel 2.4
Cilindrul 1 Admisie Comprimare Destindere EvacuareCilindrul 3 Destinderea Evacuare Admisie CompresieCilindrul 4 Compresie Destindere Evacuare AdmisieCilindrul 2 Evacuare Admisie Compresie Destindere
Folosind relaţia , se poate calcula momentul motor maxim pentru fiecare cilindru în parte. Ţinând cont că cilindrii sunt identici, înseamnă că momentul motor total produs de motor va fi suma momentelor celor 4 cilindri decalaţi între ei.
Conform tabel 2.4, se observă că: Cil 1: se găseşte la 00; Cil 2: se găseşte în poziţia de 5400 corespunzătoare cilindrului 1; Cil 3: se găseşte în poziţia de 1800, corespunzătoare cilindrului 1; Cil 4: se găseşte în poziţia de 3600, corespunzătoare cilindrului 1.
Folosind relaţiile de mai sus şi relaţia pentru ZB se calculează valorile momentelor pentru fiecare cilindru în parte şi momentul total al motorului. Valorile calculate sunt date în tabelul de mai jos (Tabel 2.5):
Tabel 2.5
alfa Mi M1 M2 M3 M4 Msuma[grd] [N*m] [N*m] [N*m] [N*m] [N*m] [N*m]
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0015 -146.67 -146,67 -49,56 -48,53 435,66 190,9
39
30 -230.93 -230,93 -99,92 -98,23 333,06 -96,0245 -221.53 -221,53 -146,27 -144,83 158,46 -354,1760 -131.57 -131,57 -175,17 -175,66 119,56 -362,8475 -6.90 -6,9 -167,22 -172,58 160,66 -186,0490 101.45 101,45 -107,33 -122,3 214,04 85,86
105 161.98 161,98 0,78 -31,36 237,65 369,05120 170.82 170,82 125,73 64,51 221,19 582,25135 142.97 142,97 216,51 107,42 175,52 642,42150 97.72 97,72 227,25 45,72 117,17 487,86165 48.46 48,46 144,73 -84,04 57,56 166,71180 0.00 0 0 0 0 0195 -48.53 -48,53 -146,67 435,66 -49,56 190,9210 -98.23 -98,23 -230,93 333,06 -99,92 -96,02225 -144.83 -144,83 -221,53 158,46 -146,27 -354,17240 -175.66 -175,66 -131,57 119,56 -175,17 -362,84255 -172.58 -172,58 -6,9 160,66 -167,22 -186,04270 -122.30 -122,3 101,45 214,04 -107,33 85,86285 -31.36 -31,36 161,98 237,65 0,78 369,05300 64.51 64,51 170,82 221,19 125,73 582,25315 107.42 107,42 142,97 175,52 216,51 642,42330 45.72 45,72 97,72 117,17 227,25 487,86345 -84.04 -84,04 48,46 57,56 144,73 166,71360 0.00 0 0 0 0 0375 435.66 435,66 -48,53 -49,56 -146,67 190,9390 333.06 333,06 -98,23 -99,92 -230,93 -96,02405 158.46 158,46 -144,83 -146,27 -221,53 -354,17420 119.56 119,56 -175,66 -175,17 -131,57 -362,84435 160.66 160,66 -172,58 -167,22 -6,9 -186,04450 214.04 214,04 -122,3 -107,33 101,45 85,86465 237.65 237,65 -31,36 0,78 161,98 369,05480 221.19 221,19 64,51 125,73 170,82 582,25495 175.52 175,52 107,42 216,51 142,97 642,42510 117.17 117,17 45,72 227,25 97,72 487,86525 57.56 57,56 -84,04 144,73 48,46 166,71540 0.00 0 0 0 0 0555 -49.56 -49,56 435,66 -146,67 -48,53 190,9570 -99.92 -99,92 333,06 -230,93 -98,23 -96,02585 -146.27 -146,27 158,46 -221,53 -144,83 -354,17600 -175.17 -175,17 119,56 -131,57 -175,66 -362,84615 -167.22 -167,22 160,66 -6,9 -172,58 -186,04630 -107.33 -107,33 214,04 101,45 -122,3 85,86645 0.78 0,78 237,65 161,98 -31,36 369,05660 125.73 125,73 221,19 170,82 64,51 582,25675 216.51 216,51 175,52 142,97 107,42 642,42690 227.25 227,25 117,17 97,72 45,72 487,86705 144.73 144,73 57,56 48,46 -84,04 166,71720 0.00 0 0 0 0 0
40
variatia momentului M1 in functie de unghiul alfa
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
unghiul alfa
mo
men
tul
M1
alfa
M1
Fig. 2. 13 Variaţia momentului motor al monocilindrului în funcţie de α
uniformizarea momentului total in functie de unghiul alfa
-300.00
-200.00
-100.00
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
0 100 200 300 400 500 600 700 800
unghiul alfa
mo
men
tul
tota
l
Msuma
Fig. 2. 14 Variaţia momentului motor total al motorului în funcţie de α
2.4. Uniformizarea mişcării arborelui cotit:
41
Momentul motor instantaneu total rezultă prin însumarea momentelor instantanee ale fiecărui cilindru. Momentul motor instantaneu total al unui motor nu este constant, de aceea viteza unghiulară de rotaţie al arborelui cotit va fi variabilă. Soluţia cea mai răspândită pentru uniformizarea mişcării arborelui cotit la motoarele pentru autovehicule este aceea de a mării momentul de inerţie mecanic prin montarea unui volant la capătul dinspre utilizator al arborelui cotit.
Pentru construcţia grafică s-au folosit următoarele scări:scara momentelor;
scara unghiurilor.
Ariile calculate pe diagramă au valorile:
Aria totală a diagramei este:
Momentul mediu total este egal cu:
Momentul mediu este egal cu:
Aria totală după trasarea momentului mediu este:
Momentul total de inerţie al arborelui cotit este:
42
unde: - gradul de uniformitate al arborelui cotit;. - aria întregii diagrame; - viteza unghiulară a motorului.
unde: - turatia motorului.
unde: - numărul de cilindri.
Momentul de inerţie al volantului este:
Volantul:
43
Volantul are forma unui disc prevăzut cu o coroană circulară, miezul acesteia fiind neglijat în calcule.
În figura de mai jos este prezentată schema volantei (Fig. 2.15):
Fig. 2.15 Dimensiunile volantului
Semnificaţia punctelor de pe diagramă este: - diametrul minim al coroanei volantului; - diametul maxim al coroanei volantului; - diametrul mediu al coroanei volantului; - grosimea radială a coroanei volantului; - grosimea coroanei volantului.
unde: - densitatea materialului volantului.
Se alege:
Statistic: Se adoptă:
44
Se pune condiţia suplimentară ca viteza periferică maximă a punctelor de pe suprafaţa exterioară a volantului să fie mai mică decât viteza maximă admisibilă pentru volantul din oţel.
III. Grupul piston
3.1. Pistonul:
Pistonul se compune din următoarele părţi (Fig. 3.1): capul pistonului – partea superioară a pistonului, care preia presiunea gazelor; regiunea port-segmenţi (RPS) – partea pistonului prevăzută cu canale în care se introduc segmenţii; mantaua – partea care ghidează pistonul în cilindru şi transmite forţa normală;
45
umerii mantalei – partea în care se fixează bolţul – de aici şi numele de locaşul bolţului.
Fig. 3.1 Părţile componente ale pistonului
Grupul piston este alcătuit din: .
Grupul piston asigură evoluţia fluidului motor în cilindru şi îndeplineşte următoarele funcţii: transmite bielei (prin intermediul bolţului), forţa de presiune dezvoltată prin arderea combustibilului; transmite cilindrului forţa normală dezvoltată în mecanismul bielă-manivelă, adică ghidează piciorul bielei în cilindu; etanşează cilindrul în ambele direcţii, adică împiedică scăpare gazelor de evacuare din cilindru în carter şi pe altă parte împiedică pătrunderea uleiului de ungere (în exces); evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului.
Primele două funcţii sunt preluate de piston împreună cu bolţul care este organ de articulaţie cu biela. Ultimele două funcţii sunt preluate de piston împreună cu segmenţii.
Mai există şi alte funcţii suplimentare ale pistonului cum ar fi crearea unei mişcări dirijate a fluidului de lucru în interiorul cilindrului.
46
În timpul funcţionării, capului pistonului este supus acţiunii forţei de presiune care se transmite prin umerii mantalei la bolţ (Fig. 3.2). Ca urmare pistonul se deformează astfel încât apăsarea mantalei pe cilindru tinde să se concentreze numai pe muchia inferioară a mantalei, canalele pentru segmenţi se înclină faţă de planul transversal împiedicând aplicarea normală a segmenţilor pe suprafaţa cilindrului, iar deformarea umerilor mantalei determină apariţia unor sarcini concentrate în zona A, care provoacă distrugerea ei (Fig. 3.2 b). Forţa normală , care produce forţa de frecare (Fig. 3.2 a), aplică pistonul pe cilindru numai în planul de oscilaţie al bielei (în care lucrează şi forţa ), normal pe axa umerilor şi mantaua este deformată de reacţiunea cilindrului luând forma unei elipse (Fig. 3.2 c), cu axa mare după direcţia axei umerilor mantalei. Astfel apare pericolul de blocare a pistonului când diametrul mare al elipsei depăşeşte diametrul mantalei. Tensiunile variază neuniform în corpul pistonului şi ating valori ridicate (Fig. 3.2.d,e,f).
Pistonul se confecţionează sun formă eliptică, cu ovalitatea maximă . Axa mare a elipsei se aşează pe direcţia normală la axa bolţului (Fig. 3.3 c), iar o lege de distribuţie a jocului pe direcţia radială se arată în Fig. 3.3 d.
Pistoanele pentru motoare de autovehicule se execută din aliaje de aluminiu sau fier.
3.1.1. Calculul pistonului:
Pistonul se schiţează iniţial în raport cu soluţiile constructive alese. Dimensiunile principale se aleg pe baza datelor statistice. Proiectantul stabileşte înălţimea regiunii port-segmenţi numai după ce a decis asupra înălţimii şi numărului de segmenţi. Lungimea pistonului şi diametrul umerilor mantalei se stabilesc în corelaţie cu dimensiunile bolţului. Capul pistonului, regiunea port-segment şi mantaua se supun unui calcul de verificare. Profilul longitudinal şi radial se trasează în raport cu dilatările admise.
În figura de mai jos sunt prezentate dimensiunile caracteristice ale pistonului (Fig. 3.4):
47
Fig. 3.4 Dimensiunile caracteristice ale pistonului
Semnificaţia punctelor de pe diagramă este: - diametrul exterior al capului; - diametrul exterior al mantalei; - diametrul interior al pistonului; - lungimea totală a pistonului; - înălţimea de compresie; - lungimea mantalei; - distanţa până la canalul segmentului de foc; - distanţa dintre canale; - înălţimea canalului segmentului de foc; se stabileşte la calculul
segmenţilor; - grosimea capului.
diametrul interior al cilindrului (alezaj)
48
unde: - grosimea radială a segmenţilor.
3.1.1.1. Calculul capului pistonului:
Grosimea capului se verifică în ipoteza că acesta este o placă circulară încastrată pe contur de grosime constantă, de diametru egal cu diametrul interior al pistonului şi încărcată cu o sarcină uniform distribuită dată de presiunea maximă gazelor din cilindru. Tensiunea maximă se înregistrează pe periferie (Fig. 3.5).
Fig. 3.5 Tensiunea maximă la calculul capului pistonului
49
Datorită diferenţei de temperatură dintre centrul şi periferia gazelor, solicitările date de presiunea gazelor ise adaugă şi o solicitare termică.
Tensiunea dezvoltată într-o placă circulară prin solicitare termică:
unde: - temperatura la periferie, respectiv centru; - modulul de elasticitate al materialului; - coeficientul de dilatare termică liniară al materialului; ; .
pentru aluminiu
Tensiunea pe periferia capului va fi:
unde: - efortul unitar admisibil; - rezistenţa la rupere a aliajelor de aluminiu; - coeficientul de siguranţă la rupere.
50
3.1.1.2. Calculul regiunii port - segmenţi:
Secţiunea periculoasă în această zonă este zona A-A, unde sunt amplasate orificiile pentru evacuarea uleiului în exces. Această secţiune se verifică la comprimare.
Tensiunea maximă va fi egală cu:
unde: - aria secţiunii A-A.
3.1.1.3. Calculul mantalei:
Se verifică mantaua astfel încât presiunea de contact să nu depăşescă o anumită valoare stabilită convenţional pentru a preveni întreruperea peliculei de ulei.
51
unde: - aria evazării.
Presiunea specifică pe manta este:
unde: - forţa axială maximă.
Se alege din tabelul de forţe (Tabel 2.3) valoarea maximă pentru .
- presiunea specifică admisibilă.
Datorită diferenţelor de temperatură dintre cap şi manta din timpul funcţionării, la rece, diametrul capului va fi mai mic decât diametrul mantalei. Materialul clindrului poate fi din fontă sau aliaj de aluminiu.
Diametrul capului la maontaj:
Diametrul la montaj al mantalei:
unde: - coeficientul de dilatare termică liniară al materialului în
cilindru, respectiv a pistonului; - temperatura de regim a pistonului, respectiv a cilindrului; - jocul la cald în zona capului, respectiv a mantalei.
52
fontă.
Jocul la cald în zona capului, respectiv a mantalei la MAC este:
3.2. Bolţul:
Bolţul (axul pistonului) este organul care stabileşte legătura dintre piston şi bielă şi transmite forţa de presiune de la piston la bielă. Bolţul este de forma unui cilindru care se montează cu joc, fie în piston, fie în bielă sau simultan în ambele organe, adică:
a) bolţ fix în piciorul bielei şi liber în piston;b) bolţ fix în piston şi liber în piciorul bielei;c) bolţ flotant.
Soluţia b) nu se utilizează la motoarele de autovehicule, deoarece produce o concentrare mare de tensiuni şi măreşte masa îmbinării.
Soluţia a) este larg răspândită la motoarele de autovehicule.Soluţia c) pentru a evita ieşirea bolţului, se prevăd două inele de
siguranţă în locaşurile din piston.
53
Materialele cele mai utilizate sunt oţelurile carbon de calitate şi oţelurile aliate. Pentru bolţuri mediu solicitate se utilizează: OLC 15, OLC 20, OLC 45, OLC 60 care se cementează.
Bolţul se dimensionează pe baza datelor constructive din tabel. Bolţul ales este de tip flotant.
Fig. 3.6 Dimensiunile caracteristice ale bolţului
unde: - lungimea bolţului;
54
- lungimea de sprijin în piciorul mantalei; - lungimea de sprijin în bielă; - jocul sau distanţa dintre umerii mantalei şi bielă; - diametrul interior al bolţului; - diametrul exterior al bolţului.
În tabelul de mai jos sunt date dimensiunile caracteristice ale bolţului (Tabel 3.1):
Tabel 3.1
Dimensiunea caracteristică MACLungimea l, în mm:
- bolţ flotant- bolţ fix
(0,8.....0,87)*D(0,6.....0,96)*D
Lungimea lb, în mm:- bolţ flotant- bolţ fix
(0,32.....0,42)*D(0,27.....0,32)*D
Diametrul deb, în mm: (0,32.....0,42)*D0,48.....0,52
55
3.2.1. Presiunea de contact în bielă:
unde: - forţa pistonului maximă; - masa pistonului; - masa grupului piston; - acceleeraţia pistonului maximă.
Se alege din tabelul de forţe (Tabel 2.3) valoarea maximă pentru .
Se alege din tabelul de forţe (Tabel 2.1) valoarea maximă pentru .
56
- presiunea de contact admisibilă.
3.2.2. Presiunea din locaşul bolţului:
3.2.3. Momentul încovoietor în secţiunea mediană a bolţului:
57
3.2.4. Tensiunea maximă de încovoiere:
Valori admisibile:
Ales:
3.2.5. Tensiunile maxime şi minime:
3.2.6. Coeficientul de siguranţă la oboseală pentru bolţul flotant:
unde: - rezistenţa la oboseală pentru ciclul simetric; - rezistenţa la rupere a materialului; - amplitudinea tensiunii; - coeficientul efectiv de concentrare a secţiunii; - factor dimensional; - coeficientul de calitate a suprafeţei.
58
- coeficientul de siguranţă la oboseală admisibil.
3.2.7. Tensiunea de forfecare în plan neutru:
59
3.2.8. Repartiţia de tensiuni:
3.2.8.1. Fibra exterioară:
3.2.8.2. Fibra interioară:
60
3.2.8.3. Tensiunile în punctele 1,2,3,4:
Punctul 1:
Punctul 2:
Punctul 3:
Punctul 4:
61
3.2.9. Determinarea jocului la montaj în umerii mantalei:
În tabelul de mai jos sunt date valorile jocului la montaj pentru bolţul fix şi cel flotant (Tabel 3.2):
Tabel 3.2
Jocul la montajBolţ flotant
Bolţul fix
-0,004.....+0,004 -0,002.....+0,003 +0,006.....+0,008
3.3. Segmenţi:
Principala funcţie a segmenţilor este de a etanşa cilindrul. Segmenţii care împiedică scăparea gazelor din cilindru spre carter se numesc segmenţi de compresie. Segmenţi care împiedică trecerea uleiului din carter spre camera de ardere se numesc segmenţi de ungere.
Segmentul este de forma unui inel tăiat. Distanţa dintre capete se numeşte rost. Dimensionarea caracteristică a secţiunii după direcţie radială se numeşte grosime radială, iar cea după direcţia axială se
62
numeşte înălţime. În stare montată diametrul exterior al segmentului este egal cu alezajul D.
La MAC, soluţia generală este echiparea pistonului cu doi segmenţi de compresie şi un segment de ungere deoarece jocul dintre piston şi cilindru este mai mare. Primul segment are nivelul termic cel mai ridicat şi se numeşte segment de foc.
Segmenţi de ungere se grupează în două clase: segmenţi cu secţiunea unitară sau neperforaţi şi segmenţi cu secţiunea radială perforată.
Materialele cele mai utilizate pentru fabricarea segmenţilor este fonta cenuşie perlitică cu grafit lamelar. Se pot fabrica segmenţi din pulberi sinterizate, prin presare în matriţe.
Calculul segmenţilor are următoarele obiective:- să stabilească forma segmentului în stare liberă şi mărimea rostului, astfel încât, prin strângerea pe cilindru, segmentul să dezvolte o repartiţie de presiune determinată;- să stabilească cele două dimensiuni fundamentale: grosimea radială a segmentului a şi înălţimea segmentului h;- să verifice ca eforturile unitare care apar în segmenţi la deschiderea lor pentru montaj, să nu depăşescă limita admisibilă;- să verifice rostul la cald pentru a prevenii impactul dintre capete în timpul funcţionării.
Din Fig. 3.19, pag. 86, se alege presiunea elastică medie:
Raportul:
Se alege conform Fig. 3.22, pag. 104:
63
Se recalculează :
3.3.1. Rostul în stare liberă:
unde: - modulul de elasticitate al fontei.
3.3.2. Raza medie a segmentului:
De obicei înălţimea segmentului se face pentru trei dimensiuni: pentru motoarele de autoturisme.
Se alege:
unde: - grosimea radială a segmentului; - înălţimea segmentului.
64
3.3.3. Tensiunea maximă la montarea segmenţilor:
3.3.4. Rostul la montaj:
unde: - rostul la cald; - temperatura segmentului, respectiv cilindrului; - coeficientul de dilatare termică liniară a segmentului,
respectiv a cilindrului.
65
IV. Biela
4.1. Piciorul bielei:
66
Dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei (Fig. 4.1), se determină pe baza datelor constructive. Piciorul bielei suportă:1. solicitarea de întindere produsă de forţa de inerţie a grupului piston;2. solicitarea de compresiune produsă de forţa de presiune a gazelor;3. solicitarea de fretare, produsă de bucşă sau de bolţ.
Fig. 4.1 Dimensiunile caracteristice piciorului bielei
Semnificaţia punctelor de pe diagramă este: - diametrul exterior al bolţului; - diametrul interior al piciorului; - diametrul exterior al piciorului; - grosimea radială a bucşei; - grosimea radială a piciorului; - lungimea de sprijin al bielei (lungimea bielei).
În tabelul de mai jos sunt date următoarele date caracteristice ale piciorului bielei (Tabel 4.1):
Tabel 4.1
MAC(1,3.....1,7)*deb
(0,16.....0,2)*deb
(0,08.....0,085)*deb
67
4.1.1. Solicitarea de întindere:
Forţa de tracţiune are valoare maximă când forţa de presiune este neglijabilă, atunci când pistonul se află la pmi la începutul cursei de admisie.
4.1.1.1. Unghiul de încastrare:
4.1.1.2. Raza medie a piciorului:
68
4.1.1.3. Forţa normală şi momentul de încovoiere determinat de forţa de tracţiune:
4.1.1.4. Tensiunile în fibra exterioară, respectiv interioară pentru secţiunea de încastrare:
- factor care pentru bolţul flotant este mai mic ca 1.
unde: - aria bucşei; - aria pistonului; - modulul de elasticitate pentru bronz;
69
- modulul de elasticitate pentru oţel.
4.1.2. Solicitarea la compresiune:
Forţa de compresiune are valoare maximă atunci când presiunea din cilindru exte maximă. Se admite convenţional că forţa de presiune se realizează la pmi, la începutul cursei de destindere şi ea este redusă de forţă de inerţie a grupului piston.
70
4.1.2.1. Forţa normală şi momentul de încovoiere date de forţa de compresiune:
Pentru: .
4.1.2.2. Forţa normală şi momentul încovoietor în secţiunea de încastrare date de forţa de compresiune:
4.1.2.3. Tensiunea în fibra interioară, respectiv cea exterioară dată de forţa de comprimare în secţiunea de încastrare:
71
4.1.3. Solicitarea de fretare:
Aceasta este o solicitare de compresiune. Ansamblul picior-bucşă se asimilează cu un sistem de două tuburi fretate fabricate din materiale diferite. În timpul funcţionării, bucşa din bronz se dilată mai mult decât piciorul, ceea ce produce o solicitare suplimentară de compresiune.
Diferenţa dintre creşterea diametrului exterior al bucşei şi cel interior al piciorului reprezintă strângerea termică la care se adaugă strângerea de montaj .
unde: - coeficientul de dilatare termică liniară a bronzului; - coeficientul de dilatare termică liniară a oţelului.
4.1.3.1. Presiunea de fretaj:
72
unde: - coeficientul lui Poisson.
4.1.3.2. Tensiunea în fibra exterioară, respectiv cea interioară determinată de presiunea de fretaj:
4.1.3.3. Tensiunea maximă şi minimă în fibra exterioară:
4.1.3.4. Coeficientul de siguranţă:
73
Se adoptă:
4.1.3.5. Deformaţia maximă a piciorului:
unde: - momentul de inerţie al secţiunii.
74
4.2. Calculul corpului bielei:
Dimensiunile caracteristice se stabilesc deasemenea pe baza datelor statistice. Calculul se face pentru secţiunea mediană M-M şi pentru secţiunea minimă m-m sub picior.
Se determină mai întâi Hp, apoi se calculează a, B, h, e în secţiunea m-m înlocuind pe H cu Hp Apoi se calculează HC în zona capului şi apoi se determină a, B, h, e în secţiunea d-d. Valorile pentru a, B, h, e se determină făcând media aritmetică a valorilor corespunzătoare din secţiunea m-m, respectiv d-d ()
Fig. 4.2 Calculul corpului bielei
75
Pentru secţiunea m-m: H se înlocuieşte cu Hp:
Pentru secţiunea d-d: H se înlocuieşte cu HC:
76
Pentru secţiunea M-M:
4.2.1. În secţiunea minimă, forţa de tracţiune:
4.2.2. Tensiunea de întindere:
77
4.2.3. Forţa de compresiune:
4.2.4. Tensiunea de compresiune:
În planul de oscilaţie, lungimea de flambaj este egală cu lungimea bielei.
În planul de încastrare:
4.2.5. Coeficientul de corecţie în planul de oscilaţie:
unde: - limita de elasticitate; - momentul de ineţie al secţiuni faţă de planul de încastrare C-C.
78
4.2.6. Coeficientul de corecţie în planul de încastrare:
unde: - momentul de ineţie al secţiuni faţă de planul de încastrare O-O.
4.2.7. Tensiunea de compresiune şi flambaj în planul de oscilaţie: oscilaţie
încastrare
79
4.2.8. Tensiunea maximă şi minimă:
4.2.9. Coeficientul de sigurantă:
Se adoptă:
80
În secţiunea mediană calculul se face analog cu următoarea precizare:
4.3. Calculul capului bielei:
Dimensiunile principale ale capului bielei sunt determinate de cele ale fusului maneton. În tabelul de mai jos sunt date dimensiunile fusului maneton si ale cuzinetului (Tabel 4.2).
Tabel 4.2
DimensiuniMAC
în linie în V(0,55.....0,72)*D (0,6.....0,72)*D(0,5.....0,65)* dM (0,8.....1)* dM
0,9.....2,5 mm(0,03.....0,05)*dM
2.....4 mm
unde: - diametrul exterior al manetonului; - lungimea fusului maneton; - grosimea radială a cuzinetului.
Datorită racordării largi a capului cu corpul, solicitarea de compresiune este neînsemnată. Solicitarea de întindere se transmite
81
numai capacului şi este determinată de forţa de inerţie a maselor în mişcare de translaţie şi de forţa de inerţie a masei bielei aferentă mişcării de rotaţie, mai puţin masa capacului.
În figura de mai jos sunt prezentate dimensiunile capacului de bielă(Fig. 4.3):
Fig. 4.3 Dimensiunile capacului de bielă
unde: - diametrul interior al capacului; - grosimea peretelui interior; - grosimea peretelui exterior; - diametrul mediu al capului; - diametrul şurubului.
82
- diametrul exterior al capacului.
unde: - densitatea materialului.
Se alege:
4.3.1. Tensiunea din fibra exterioară:
Deoarece unghiul de încastrare variază în limitele restrânse, se determină tensiunea din fibra exterioară în ipoteza că unghiul de încastrare este de 1300.
unde: - momentul de inerţie al secţiunii cuzinetului; - momentul de inerţie al secţiunii capului; - modulul de reuzistenţă la încovoiere pentru capul bielei; - aria secţiunii transversale a capului; - aria secţiunii transversale a cuzinetului.
83
unde: - lungimea cuzinetului.
unde: - înălţimea capacului.
84
4.3.2. Deformaţia maximă a capului:
V. Arborele cotit
Arborele cotit transformă mişcarea de translaţie a pistonului într-o mişcare de rotaţie şi transmite momentul motor dezvoltat prin arderea combustibilului spre utilizator.
Arborele cotit este format dintr-un număr de coturi egal cu numărul de cilindri la motoarele în linie şi cu jumătate din numărul de cilindri la motoarele în V.
De asemenea trebuie să aibă cel puţin două fusuri de reazem numite fusuri paliere. Fiecare cot este format dintr-un fus maneton (maneton) pe care se articulează biela (bielele în cazul motoarelor în V) şi două braţe alăturate acestuia.
Părţile componente ale unui arbore cotit sunt (fig. 5.1):
85
Fig. 5.1 Părţile componente al arborelui cotit
fusul maneton - pe care se articulează biela; fusul palier - reprezintă lagărul de sprijin al arborelui cotit; braţul - face legătura între fusul palier şi fusul maneton.
În partea posterioară a motorului se fixează volantul şi organele de legătură cu utilizatorul, iar la partea anterioară se fixează elementele necesare pentru antrenarea unor sisteme auxiliare ( sistemul de distribuţie a gazelor, sistemul de răcire, sistemul de ungere).
Arborele cotit este supus unor solicitări extrem de mari şi, de aceea, este necesar să posede o rigiditate deosebită. Acest lucru se poate realiza prin mărirea dimensiunilor constructive, soluţie limitată de scăderea frecvenţei vibraţiilor libere (din cauza creşterii masei proprii) cu pericolul apariţiei fenomenului de rezonanţă în timpul funcţionării.
Pentru a micşora masa, o soluţie posibilă este găurirea fusurilor. Aplicând această soluţie se îmbunătăţeşte rezistenţa la oboseală şi se oferă posibilitatea de a aduce uleiul de ungere spre fusuri prin interiorul arborelui cotit. Micşorarea abaterilor de formă şi poziţie are o deosebită importanţă atât în ceea ce priveşte fusurile, cât şi dispunerea coturilor. Calitatea suprafeţei fusurilor este importantă pentru micşorarea uzurilor.
Uzual, numărul de fusuri palier este cu unul mai mare decât numărul de fusuri maneton. La MAS mai puţin solicitate există posibilitatea ca numărul de fusuri palier să fie mai mic decât cel al fusurilor maneton, caz în care unele braţe sunt comune pentru două fusuri maneton alăturate. La motoarele moderne braţele au o formă eliptică (fig. 5.2a), care s-a dovedit avantajoasă în ceea ce priveşte rezistenţa la solicitările mecanice. La motoarele extrem de solicitate braţul poate ajunge până la forma circulară (fig. 5.2b).
86
Fig. 5.2 Forme ale braţelor
Prin suprapunerea fusurilor (fig. 5.2 a) se măreşte rezistenţa la oboseală a arborelui. Reducerea concentratorilor de tensiuni în zona de racordare a fusurilor cu braţul se face prin intermediul unor praguri (fig. 5.3).
Racordarea fusului cu pragul se face fie cu o rază de racordare (fig. 5.3a), fie cu degajări (fig. 5.3b).
Fig. 5.3 Racordări ale fusului
Arborii cotiţi pentru motoarele care echipează autovehicule rutiere pot fi fabricaţi din oţel sau din fontă. Procedeul de obţinere a semifabrica—tului pentru arborii din oţel este forjarea în matriţă, iar arborii din fontă se realizează prin turnare.
Turnarea are avantajul că realizează mai uşor forma contragreutăţi—lor. La arborii din oţel, contragreutăţile se fabrică 87llege87e şi sunt fixate de arbore cu asamblări filetate. 5.1. Calculul arborelui cotit:
Arborele se dimensionează pe baza datelor statistice. Calculul are un caracter de verificare a acestor dimensiuni.Fusurile fiind supuse frecării şi uzării, se verifică la presiune de
contact şi la încălzire. Coturi arborelui sunt supuse la solicitarea de încovoiere şi de torsiune. Verificarea la vibraţii torsionale urmăreşte determinarea turaţiilor critice şi a tensiunilor care apar la rezonanţă.
În tabelul de mai jos sunt date dimensiunile arborelui (Tabel 5.1):
Tabel 5.1
în linie
87
MAC(1,15.....1,35)*D(0,7.....0,85)*D
:- fus intermediar- fus de capăt
(0,45.....0,6)*dL
(0,55.....0,75)*dL
(0,6.....0,75)*dM
(1,5.....2)*dM
(0,2.....0,35)*dM
(0,07.....0,1)*dM
Dimensiunile caracteristice ale arborelui cotit sunt prezentate în figura de mai jos (Fig. 5.4):
Fig. 5.4 Dimensiunile caracteristice ale arborelui cotit
unde: - lungimea cotului; - diametrul fusului palier; - lungimea fusului palier; - diametrul interior al fusului maneton; - lăţimea braţelor; - grosimea braţelor; - raza de racordare dintre fus şi braţ; - diametrul fusului maneton; - lungimea fusului maneton; - diametrul interior al fusului palier.
88
Diametrul fusului palier:
Lungimea fusului maneton:
Lungimea fusului palier:
fus intermediar:
fus de capăt:
Diametrul fusului maneton:
Diametrul interioral fusului maneton:
Diametrul interior al fusului palier:
Lăţimea braţelor:
Grosimea braţelor:
Raza de racordare dintre fus şi braţ:
89
Lungimea cotului: sau
sau sau
5.1.2. Verificarea fusului la presiunea de contact şi încălzire:
5.1.2.1. Presiunile specifice pe fusul maneton:
5.1.2.1.1.Presiunea specifică medie:
5.1.2.1.2.Presiunea specifică maximă:
90
5.1.2.2. Presiunile specifice pe fusul palier:
5.1.2.2.1.Presiunea specifică medie:
5.1.2.2.2. Presiunea specifică maximă:
5.1.3. Verificarea fusului la încălzire:
5.1.3.1. Coeficientul de uzură pentru fusul maneton:
- ţine cont de oscilaţiile bielei şi are valori între .Se alege:
Se adoptă: .
91
5.1.3.2. Coeficientul de uzură pentru fusul palier:
- ţine cont de oscilaţiile bielei şi are valori între .Se alege:
Se adoptă: .
5.1.4. Diagramele polare:
5.1.4.1. Diagrama polară a fusului maneton:
Solicitarea pe fusul maneton rezultă din compunerea vectorială dintre forţa de inerţie a masei bielei aferentă mişcării de rotaţie şi forţa în lungul bielei .
Fig. 5.5 Construcţia diagramei
92
Diagrama polară este o construcţie grafică care permite compunerea vectorială a fortelor şi pentru diferite poziţii ale mecanismului bielă-manivelă precizate de unghiul . În general diagramele polare se construiesc pentru valori ale unghiului din 300 în 300. În timpul funcţionării, fusul maneton se roteşte pe suprafaţa interioară a capului bielei.
Pentru construcţia diagramei polare a fusului maneton se consideră că manivela este fixă şi se biela se roteşte în jurul axei fusului maneton. La o scară aleasă a lungimilor se construieşte un cerc cu centrul în punctul M, a cărui rază este egală cu lungimea bielei.
La aceeaşi scară a lungimilor, pe diametrul vertical al cercului cu centrul în punctul M, se precizează punctul O situat sub punctul M, astfel încât segmentul MO=r, raza manivelei. Cu centrul în O se trasează un cerc de rază oarecare care nu intersectează nici un punct cercul cu centrul în M, dar intersectează diametrul orizontal al acestuia care trece prin punctul M în două puncte. Cercul cu centrul în O se împarte în 12 părţi egale (Fig. 5.6).
Fig. 5.6 Împarţirea cercului
Prelungirea diagramelor trasate în cercul cu centrul în O, intersectează cercul cu centrul în punctul M în punctul Pi. OMPi reprezintă poziţia mecanismului bielă-manivelă pentru variaţii ale unghiului de 300 (Fig. 5.7).
93
Fig. 5.7 Poziţia mecanismului bielă-manivelă
Cu vârful în M se trasează la o scară aleasă a forţelor, vectorul astfel încât punctul sau de aplicaţie sa fie în OM (Fig. 5.8).
Fig. 5.8 Construcţia vectorului
94
În tabelul de mai jos sunt date valorile pentru fusul maneton(Tabel 5.2).
Tabel 5.2alfa Număr B RM
[grd] criteriu [N] [N]0 0 -10318 1250030 1 -8296 100060 2 -3037 560090 3 2352 5600120 4 5306 8200150 5 5851 8800180 6 5719 9200210 7 5882 9000240 8 5457 7800270 9 2836 5600300 10 -1489 5000330 11 -1642 5400360 12 13633 6400390 13 11965 7000420 14 2760 4600450 15 4963 7800480 16 6871 9200510 17 7016 10000540 18 6312 9600570 19 5983 9000600 20 5441 7800
95
630 21 2489 5400660 22 -2902 5600690 23 -8164 10400720 24 -10318 12500
5.1.4.2. Diagrama polară a fusului palier:
Solicitarea produsă asupra unui fus palier este suma vectorială a jumătăţilor rezultantelor care acţionează pe fusurile paliere învecinate (Fig. 5.9). Cu observaţia că în locul forţei apare forţa .
Fig. 5.9 Solicitările pe fusul palier
Pe diagrama polară a fusului maneton la scara forţelor aleasă anterior se trasează segmentul MOL=
Se fac două asemenea diagrame polare cu centrul OM precizat, se suprapun cele două astfel încât punctul OL să coincidă şi se rotesc între ele astfel încât unghiul format de axele care includ segmentul OM sa fie egal cu unghiul dintre manivelă. La însumarea vectorială, trebuie luat în considerare şi defazajul dintre aprinderi.
96
În tabelul de mai jos sunt date valorile pentru fusul palier (Tabel 5.3).
Tabel 5.3alfa Număr B RM RL1 RL2
[grd] criteriu [N] [N] [N] [N]0 0 -10318 12500 6400 140030 1 -8296 1000 8000 200060 2 -3037 5600 10000 240090 3 2352 5600 11600 4600120 4 5306 8200 14000 6600150 5 5851 8800 14800 7200180 6 5719 9200 15000 7200210 7 5882 9000 14400 7000240 8 5457 7800 13000 6000270 9 2836 5600 11000 3600300 10 -1489 5000 10600 3200330 11 -1642 5400 13200 4800360 12 13633 6400 9200 1600390 13 11965 7000420 14 2760 4600450 15 4963 7800480 16 6871 9200510 17 7016 10000540 18 6312 9600570 19 5983 9000600 20 5441 7800
97
630 21 2489 5400660 22 -2902 5600690 23 -8164 10400720 24 -10318 12500
5.1.5. Verificarea la oboseală:
Fusurile paliere sunt solicitate la torsiune de un ciclu asimetric. Fusurile paliere dinspre partea centrală (ventilator) sunt solicitate de momente de torsiune medii, mai mici decât cele dinspre partea posterioară şi în special fusul palier cate însumează momentele produse de cilindrii anteriori (Fig. 5.10).
unde: - momentul de intrare; - momentul de ieşire.
Fig. 5.10 Momentelede intrare şi de ieşire la arbore
La calculul arborelui cotit numerotarea cilindrilor se inversează, cilindrul 1 va fi dinspre ventilator (Fig. 5.11).
98
Fig. 5.11 Numerotarea arborelui cotit
- coloana din tabelul de momente corespunzătoare lui M4.
- coloana M4 + coloana M3.
În tabelul de mai jos sunt date valorile calculate (Tabel 5.4):
Tabel 5.4
alfa Ms1 Ms2 Ms3 alfa Md1 Md20 0 0.00 0.00 0 0.00 0.0015 0 435,66 387,13 15 435,66 387,1330 0 333,06 234,83 30 333,06 234,8345 0 158,46 13,63 45 158,46 13,6360 0 119,56 -56,1 60 119,56 -56,175 0 160,66 -11,92 75 160,66 -11,9290 0 214,04 91,74 90 214,04 91,74
105 0 237,65 206,29 105 237,65 206,29120 0 221,19 285,7 120 221,19 285,7135 0 175,52 282,94 135 175,52 282,94150 0 117,17 162,89 150 117,17 162,89165 0 57,56 -26,48 165 57,56 -26,48180 0 0 0 180 0 0195 0 -49,56 386,1 195 -49,56 386,1210 0 -99,92 233,14 210 -99,92 233,14225 0 -146,27 12,19 225 -146,27 12,19240 0 -175,17 -55,61 240 -175,17 -55,61255 0 -167,22 -6,56 255 -167,22 -6,56270 0 -107,33 106,71 270 -107,33 106,71285 0 0,78 238,43 285 0,78 238,43300 0 125,73 346,92 300 125,73 346,92315 0 216,51 392,03 315 216,51 392,03330 0 227,25 344,42 330 227,25 344,42345 0 144,73 202,29 345 144,73 202,29360 0 0 0 360 0 0375 0 -146,67 -196,23 375 -146,67 -196,23390 0 -230,93 -330,85 390 -230,93 -330,85405 0 -221,53 -367,8 405 -221,53 -367,8420 0 -131,57 -306,74 420 -131,57 -306,74
99
435 0 -6,9 -174,12 435 -6,9 -174,12450 0 101,45 -5,88 450 101,45 -5,88465 0 161,98 162,76 465 161,98 162,76480 0 170,82 296,55 480 170,82 296,55495 0 142,97 359,48 495 142,97 359,48510 0 97,72 324,97 510 97,72 324,97525 0 48,46 193,19 525 48,46 193,19540 0 0 0 540 0 0555 0 -48,53 -195,2 555 -48,53 -195,2570 0 -98,23 -329,16 570 -98,23 -329,16585 0 -144,83 -366,36 585 -144,83 -366,36600 0 -175,66 -307,23 600 -175,66 -307,23615 0 -172,58 -179,48 615 -172,58 -179,48630 0 -122,3 -20,85 630 -122,3 -20,85645 0 -31,36 130,62 645 -31,36 130,62660 0 64,51 235,33 660 64,51 235,33675 0 107,42 250,39 675 107,42 250,39690 0 45,72 143,44 690 45,72 143,44705 0 -84,04 -35,58 705 -84,04 -35,58720 0 0 0 720 0 0
5.1.6. Tensiunile maxime şi minime:
5.1.6.1. Tensiunea maximă:
- modulul de rezistenţă polar al fusului palier.
5.1.6.2. Tensiunea minimă:
- modulul de rezistenţă polar al fusului palier.
100
5.1.7. Coeficientul de siguranţă la oboseală:
Rezistenţa la oboseală:
101
5.1.8. Calculul fusului maneton:
Fusul maneton este supus la încovoiere şi torsiune. Modelul de calcul este valabil pentru un cot care este sprijinit pe 2 reazeme şi este încărcat cu forţe concentrate cunoscute.
Reacţiunile din reazeme se determină din ecuaţiile de echilibru ale forţelor şi momentelor. Forţele care acţionează asupra fusului maneton se descompun după două direcţii: una normală situată în planul cotului, cealaltă tangentă la fusul maneton (Fig. 5.12).
Fig. 5.12 Fortele care acţionează pe fusul maneton
Forţa tangenţială la fusul maneton: - din tabelul de forţe.
unde: - componenta radială a forţei în lungul bielei; - forţa de ineţie a masei bielei aferentă mişcării de rotaţie; - forţa de ineţie a masei fusului manetonului aferentă mişcării
de rotaţie.
102
unde: - masa fusului maneton.
5.1.9. Reacţiunile din reazemul stâng:
unde: - forţa de inerţie determinate de masele neechilibrate; - forţa de inerţie a contragreutăţilor.
5.1.10. Momentul încovoietor în planul tangenţial:
5.1.11. Momentul de încovoiere în secţiunea slăbită:
103
5.1.12. Momentul de torsiune al manetonului:
Toate aceste calcule se organizează într-un tabel în care apare: .
În tabelul de mai jos sunt rezultatele formulelor scrise la punctele 5.1.7; 5.1.8; 5.1.9; 5.1.10; 5.1.11 (Tabel 5.5).
Tabel 5.5
alfa T ZB Zj Zs MT MZ Mσ Mζ0 0 -10318 -14815 -4379 0,00 -167,60 -118,51 0,0015 -3259 -9338 -14299 -4121 -26,97 -154,96 -90,50 333,1830 -5132 -6518 -14058 -4000 -54,39 -149,05 -66,94 126,0545 -4923 -3239 -13443 -3693 -79,63 -133,98 -38,44 -145,6260 -2924 -820 -12305 -3124 -95,38 -106,10 -7,58 -246,8675 -153 3 -10738 -2340 -91,04 -67,71 16,50 -194,0090 2254 -672 -9214 -1578 -58,43 -30,37 19,84 -25,13
105 3600 -2165 -8503 -1223 0,42 -12,95 -9,45 207,12120 3796 -3708 -9287 -1615 68,45 -32,16 -71,14 422,61135 3177 -4828 -11669 -2806 117,87 -90,52 -147,35 518,68150 2171 -5433 -14917 -4430 123,73 -170,10 -207,76 410,34165 1077 -5667 -17718 -5830 78,79 -238,72 -224,52 131,10180 0 -5719 -18821 -6382 0,00 -265,74 -187,91 0,00195 -1078 -5675 -17841 -5892 -79,85 -241,73 -114,47 226,41210 -2183 -5462 -15021 -4482 -125,73 -172,64 -33,17 -18,33225 -3218 -4891 -11742 -2842 -120,61 -92,31 20,01 -229,04240 -3904 -3813 -9323 -1633 -71,64 -33,04 27,29 -198,89255 -3835 -2306 -8500 -1221 -3,75 -12,88 -6,46 -14,06270 -2718 -810 -9175 -1559 55,22 -29,42 -59,85 217,16285 -697 -12 -10668 -2305 88,20 -66,00 -109,03 414,83300 1434 -402 -12211 -3077 93,00 -103,80 -139,16 532,92315 2387 -1571 -13331 -3637 77,84 -131,24 -147,84 547,70330 1016 -1290 -13936 -3939 53,19 -146,06 -140,89 450,80345 -1868 5350 -14170 -4056 26,39 -151,79 -125,99 255,06360 0 13633 -14222 -4082 0,00 -153,07 -108,24 0,00375 9681 27737 -14178 -4060 -26,41 -151,99 -88,80 -249,05390 7401 9401 -13965 -3954 -53,48 -146,77 -65,96 -437,82405 3521 2317 -13394 -3668 -78,84 -132,78 -38,14 -525,48420 2657 746 -12316 -3129 -95,65 -106,37 -7,58 -498,04435 3570 -64 -10809 -2376 -93,96 -69,45 17,33 -362,04450 4756 -1418 -9313 -1628 -66,59 -32,80 23,90 -139,06465 5281 -3176 -8515 -1229 -17,08 -13,25 2,71 128,61480 4915 -4801 -8905 -1424 35,13 -22,80 -40,97 366,82495 3901 -5928 -10074 -2008 58,48 -51,44 -77,73 476,44510 2604 -6514 -9793 -1868 24,89 -44,56 -49,11 374,75525 1279 -6731 -3153 1453 -45,77 118,12 115,89 101,66540 0 -6312 5130 5594 0,00 321,06 227,02 0,00555 -1101 -5796 19234 12646 237,18 666,60 303,65 279,17570 -2220 -5555 898 3478 181,32 217,37 25,49 33,49585 -3250 -4940 -6186 -64 86,26 43,81 -30,02 -193,83
104
600 -3893 -3802 -7757 -850 65,10 5,32 -42,27 -177,04615 -3716 -2235 -8567 -1255 87,47 -14,52 -72,11 -4,55630 -2385 -711 -9921 -1932 116,52 -47,69 -116,12 212,19645 17 0 -11679 -2811 129,38 -90,77 -155,67 389,39660 2794 -784 -13304 -3623 120,42 -130,58 -177,48 476,17675 4811 -3166 -14431 -4187 95,57 -158,19 -179,44 441,54690 5050 -6414 -15017 -4480 63,80 -172,55 -167,12 271,04705 3216 -9215 -15234 -4588 31,34 -177,86 -147,93 27,09720 0 -10318 -14815 -4379 0,00 -167,60 -118,51 0,00
5.1.13. Solicitarea de încovoiere:
unde: - modulul de rezistenţă al fusului maneton.
5.1.14. Coeficientul de siguranţă la maneton:
105
Rezistenţa la oboseală:
5.1.15. Solicitarea de torsiune:
unde:
106
- modulul polar de rezistenţă al fusului maneton.
5.1.16. Coeficientul de siguranţă pentru fusul maneton:
Rezistenţa la oboseală:
107
5.1.17. Coeficientul global de siguranţă pentru fusul maneton:
5.2. Calculul braţelor:
Braţul este solicitat la încovoiere, la întindere, la compresiune şi la torsiune. Încovoierea se face în două planuri: planul cotului; într-un plan normal în planul cotului.
Drept sectiune de calcul se alege ABCD tangente la fusul palier. Punctul cel mai solicitat este punctul x situat la inetrsecţia planului ABCD cu muchia superioară a fusului palier (Fig. 5.13).
108
Fig. 5.13 Verificarea braţului la oboseală
5.2.1. Momentul încovoietor în planul braţelor:
5.2.2. Momentul încovoietor în planul normal:
5.2.3. Tensiunea normală de încovoiere şi compresiune:
unde: - modulul de rezistenţă al braţului; - aria secţiunii transversale ale braţului.
Toate aceste formule se introduc în tabelul de mai jos (Tabel 5.6).
Tabel 5.6alfa Mib Ts Ms Mib' σ Mζb
0 -363160 0 0.00 0 -126 0,0015 -350146 -1101 -48,53 -30 -121 333,18
109
30 -344422 -2220 -98,23 -61 -119 126,0545 -329784 -3250 -144,83 -90 -114 -145,6260 -302718 -3893 -175,66 -108 -104 -246,8675 -265437 -3716 -172,58 -103 -91 -194,0090 -229192 -2385 -122,3 -66 -78 -25,13
105 -212252 17 -31,36 0 -72 207,12120 -230867 2794 64,51 77 -79 422,61135 -287462 4811 107,42 133 -99 518,68150 -364672 5050 45,72 139 -126 410,34165 -431227 3216 -84,04 89 -150 131,10180 -457452 0 0 0 -159 0,00195 -434334 -3259 435,66 1 -151 226,41210 -367277 -5132 333,06 -142 -127 -18,33225 -289304 -4923 158,46 -136 -100 -229,04240 -231782 -2924 119,56 -81 -79 -198,89255 -212191 -153 160,66 -4 -72 -14,06270 -228214 2254 214,04 62 -78 217,16285 -263677 3600 237,65 99 -91 414,83300 -300351 3796 221,19 105 -104 532,92315 -326984 3177 175,52 88 -113 547,70330 -341343 2171 117,17 60 -118 450,80345 -346914 1077 57,56 30 -120 255,06360 -348140 0 0 0 -120 0,00375 -346914 -1078 -49,56 -30 -120 -249,05390 -342045 -2183 -99,92 -60 -118 -437,82405 -328539 -3218 -146,27 -89 -114 -525,48420 -302966 -3904 -175,17 -108 -104 -498,04435 -267210 -3835 -167,22 -106 -92 -362,04450 -231664 -2718 -107,33 -76 -79 -139,06465 -212569 -697 0,78 -20 -73 128,61480 -221345 1434 125,73 38 -76 366,82495 -247732 2387 216,51 63 -85 476,44510 -237568 1016 227,25 23 -81 374,75525 -73037 -1868 144,73 -56 -23 101,66540 143970 0 0 0 53 0,00555 496639 9681 -146,67 287 178 279,17570 29115 7401 -230,93 221 13 33,49585 -150373 3521 -221,53 109 -51 -193,83600 -192544 2657 -131,57 82 -66 -177,04615 -213854 3570 -6,9 104 -73 -4,55630 -246940 4756 101,45 135 -85 212,19645 -289074 5281 161,98 148 -100 389,39660 -327816 4915 170,82 137 -113 476,17675 -354613 3901 142,97 109 -123 441,54690 -368529 2604 97,72 73 -128 271,04705 -373662 1279 48,46 36 -129 27,09720 -363160 0 0 0 -126 0,00
5.2.4. Tensiunile normale de încovoiere maximă şi minimă:
110
5.2.5. Coeficientul de siguranţă la solicitarea de încovoiere- compresiune pentru braţ:
Rezistenţa la oboseală:
111
5.2.6. Solicitarea de torsiune: Momentul de torsiune al braţului este dat in Tabelul 5.6 .
5.2.7. Tensiunea tangenţială minimă şi maximă în punctul x:
unde: - coeficientul lui Saint-Vennant.
5.2.8. Coeficientul de siguranţă la torsiune pentru braţ:
112
Rezistenţa la oboseală:
5.2.9. Coeficientul global de siguranţă al braţului:
113
Bibliografie
114
Grunwald Berthold: „Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.
Gheorghe Bobescu şi alţii: „Motoare pentru automobile şi tractoare. Volumul II”, Editura Tehnică, Chişinău, 1998.
D. Abăităncei şi alţii: „Motoare pentru automobile si tractoare. Construcţie şi tehnologie. Volumul I”, Editura tehnică, Bucureşti, 1978.
R. Mărdărescu şi alţii: „Motoare pentru automobile si tractoare”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1968.
115