Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea Transporturi

PROIECT LA DISCIPLINA “CONSTRUCTIA SI

CALCULUL MOTOARELOR CU ARDERE INTERNA”

Conducator de proiect: Student:

Sl. Ing. Cernat Alexandru

ANUL III GRUPA 8301a

Anul universitar

2012-2013

1

TEMA DE PROIECT

Sa se efectueze proiectarea generala pentru un motor in patru timpi (ξ =4), avand urmatoarele caracteristici:

1. Tip motor: cu aprindere prin scanteie MAS;

2. Putere efectiva: Pe = 40kW;3. Turatia nominala: n=5200 rot/min;4. Numar de cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie;5. Raportul de comprimare: ε = 8,5;6. Coeficientul de exces de aer: λ = 0,9.

2

Marcaautoturism

Puterea[kW]

Turatia[rot/min]

Numarcilindrii

Raport decomprimare

Volum total[ l ]

Alezajul[mm]

Cursa[mm]

Puterea litrica

Dacia 1310 44 5200 4 8,5 1289 73 77VW Polo/Golf 44 5200 4 8,8 1391 75 78,7VW Polo/Golf 40 5200 4 9,3 1298 76,5 70,6

Audi 50 37 5200 4 8,8 1093 69,5 72Peugeot 205 42 5000 4 9,1 1124 72 69Opel Corsa 44 5400 4 9,0 1196 79 61Opel kadet 37 5200 4 8,7 1072 75 61

3

Evaluarea rapiditatii motorului

Din intervalul de valori ale lui pe pentru MAS [0.7...1.4] am ales valoarea:

pe 1.2Pe baza alegerii facute si a datelor din tema: n 5200

Calculam Vs

120 Pe

pe i n0.192

dm3Alegem pentru ψ o valoare pentru MAS din intervalul [0.6...1.7] Din formula Vs=πD3/4*ψ il scoatem pe D ca fiind

D3

4 Vs

0.648dm deci S D 0.583 Viteza medie a pistonului este

WpmS n

30 1010.108

Deci Wpm este >= 9.5 rezulta motor rapid.

CAP. 1. CALCULUL TERMIC

1. Calculul proceselor de schimbare a gazelor

I-Motor aspirat - A (adimisie normala)

1.1.Coeficientul de umplere v si presiunea la sfarsitul admisiei pa

0.9

k 1.4

p0 0.1 MPa

T0 298 K

8.5

T 30 K

T [K] = [10...45]

pa 0.85 p0 0.085 MPa

T0' T0 T 328 K

pg 1.05 p0 0.105 MPa

pg/p0= 1,03...1,1

v

pa k 1( ) 1( )[ ] pg

p0 1( ) kT0'

T0

0.755

v = 0,75...0,85

1.2 Coeficientul de gaze de ardere reziduale γ:

Tg 900 K

4

Tg= 900...1000 K

pg

p0

1

v

1

1

T0

Tg

0.061

= 0,06...0,18

1.3 Temperatura la sfarsitul admisie Ta :

Ta

pa

p0

1

v

1

1

1

T0 358.257

Ta [K] = 320...370

2. Calculul procesului de comprimare

2.1. Presiunea la sfarsitul comprimarii

mc 1.32

mc = 1,28...1,37

pc pa mc 1.433

MPa

pc [Mpa] = 0,9...2,5

2.2 Temperatura la sfarsitul comprimarii

Tc Ta mc 1

710.573 K

Tc [K] = 600...800

3. Calculul procesului de ardere

Date initiale:

Compozitia chimica a amestecului 1kg=c+h+o

c 0.854

h 0.142

o 0.004

Hi 43529kj

kg

puterea calorica inferioara

5

Alegem : z 0.9 z = 0,80...0,95

3.1 Compozitia chimica a amestecului

La arderea unui kg de combustibil rezulta [kmol/kg]:

cantitatea teoretica de aer:

Lt1

0.21

c

12

h

4

o

32

0.507

- cantitatea reala de aer:

L Lt 0.457

- cantitatile de gaze de ardere:

MAS:

NCO 0.42 1 ( ) Lt 0.021

NCO2c

12

NCO 0.05

NH2Oh

2.0.071

NN2 0.79 L 0.361

- cantitatea totala de gaze de ardere:

Nf NCO NCO2 NH2O NN2 0.503

- participatiile molare (volumice) ale gazelor de ardere in amestec:

nj

Nj

Nf

Nj

nH2O

NH2O

Nf

0.141

nCO

NCO

Nf

0.042

nN2

NN2

Nf

0.717

nCO2

NCO2

Nf

0.099

- coeficientul chimic (teoretic) de variatie molara:

6

N0 L1

114 0.465

c

Nf

N0

1.081

- coeficientul total (real) de variatie molara:

Ng N0 0.029

Nf Ng

N0 Ng

1.076

3.2. Parametrii de stare la sfarsitul arderii:

MAS

Energia interna molara la sfarsitul arderii:

-prin interpolare obtinem (pentru Tc 710.573 K):

UTCaer 14886Tc 700 800 700

17209 14886( ) 1.513 104

- analog obtinem prin interpolare

UTCco 15185.31kj

kmol

UTCco2 21917.54kj

kmol

UTCh2o 18774.79kj

kmol

UTCn2 15102.86 kj

kmol

UTCgar nCO UTCco nCO2 UTCco2 nH2O UTCh2o nN2 UTCn2 1.63 104

Q Hi 119538 1 ( ) Lt 3.746 104

kj

kg

Uz

zQ

N0

UTCaer UTCgar

1 ( )7.757 10

4

7

Prin incercari alegem:

Tz1 2600 K

Tz2 2700 K

Din tabel avem valorile:

U2600co 65700 kj

kmol

U2700co 68563 kj

kmol

U2600co2 116142 kj

kmol

U2700co2 121536 kj

kmol

U2700h2o 97657 kj

kmol

U2600h2o 93020 kj

kmol

U2600n2 64997 kj

kmol

U2700n2 67839 kj

kmol

Uz1 nCO U2600co nCO2 U2600co2 nH2O U2600h2o nN2 U2600n2 7.405 104

kj

kmol

Uz2 nCO U2700co nCO2 U2700co2 nH2O U2700h2o nN2 U2700n2 7.74 104

kj

kmol

Tz Tz1 Tz2 Tz1 Uz Uz2 Uz2 Uz1

2.605 103

Tz [K] = 1800...2800

pz pc Tz

Tc

5.652MPa

p

pz

pc

3.944

8

1

4. Calculul procesului de destindere

Alegem valoarea exponentului politropic mediu md

Valori uzuale:

MAS

md 1.25 ... 1.35

pd 0.3 ... 0.6 MPa

Td 1200 ... 1700 K

Alegem

md 1.25

Presiunea la finalul destinderii:

pd pz

md

0.389MPa

Temperatura la finalul destinderii:

Td Tz

md 1

1.526 103

K

5.1 Presiunea medie indicata

pi' pa

mc

1 p 1( )

p

md 11

md 1

1

mc 11

1

mc 1

0.953

MPa

d 0.95

d = 0,92...0,96 - coeficient de planitudine a diagramei

pi'' pi' d 0.905 MPa

Din intervalul 0.75 ... 1.0 alegem:

p 0.8

pi d pi' p pg pa 0.889 MPa

pi [Mpa] = 0,75...1,55

9

p Vb 0,389 1b1 0,11 1g 0,105 0,117647s 0,085 0,117647a 0,085 1

0,097683 0,90,114114 0,8

0,13611 0,70,166824 0,60,212216 0,50,284905 0,40,416504 0,30,711311 0,2

c 1,443 0,1176471,775902 0,16,917507 0,1

y 6,89 0,117647z 6,89 0,117647

2,908453 0,21,752056 0,31,222854 0,40,925203 0,50,736649 0,60,607543 0,70,514147 0,80,443758 0,9

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

1

2

3

4

5

6

7

8 Diagrama indicata in coordonate p-V

V

p [b

ar]

5.2. Presiunea medie efectiva

m - randamentul mecanic

m 0.8

m = 0,7...0,9

pe m pi 0.712 MPa

pe [Mpa] = 0,70...1,40

6. Calculul dimensiunilor fundamentale ale motorului (D, S)

Cilindreea totala:

4

τ - numarul de timpi ai ciclului motor

Vt

30 Pe

pe n1.297

dm3

Cilindreea unitara:

Vs

Vt

i0.324

dm3

Diametrul cilindrului (alezajul):

11

Alegem din intervalul 0.6 ... 1.30 raportul

0.9

D 100

34 Vs

77.13

mm

D 77 mm

Rotunjim la numere intregi

Cursa pistonului:

S4 Vs 10

6

D2

69.651mm

Rotunjim valoarea la numere intregi

S 70 mm

Recalculam

S

D0.909

Viteza pistonului medie:

WpmS 10

3 n30

12.133m

s

Viteza este mai mare de 10 m/s rezulta ca motorul este rapid.

md 1.25

1

0.118

mc 1.32

7. INDICI TEHNICO-ECONOMICI

7.1 Parametri indicati

Randamentul indicat

RM 8.315

kJ

kmol K

i RM

pi

p0

1

v

N0 T0

Hi

0.312

12

i = 0,28...0,34

Consumul specific indicat de combustibil

ci3.6 10

6

i Hi

ci 265.002 g/kWh

7.2 Parametri efectivi

Consumul specific efectiv de combustibil

ce

ci

m

331.253

ce = 270...330

Randamentul efectiv

e m i 0.25

e = 0,25...0,32

Consumul orar de combustibil

Ch 103

ce Pe 13.25 kg/h

Puterea litrica

PL

Pe

Vt

30.832kW/dm3

Puterea specifica

Ps

4 Pe

4D

2

104

21.475

kW/dm2

Puterea pe cilindru

Pcil

Pe

4

Pcil 10 kW/cil

8. Bilantul energetic al motorului (pentru arderea a 1kg de combustibil)

13

Q =Qe+Qr+Qg+Qin+Qrez Kj/Kgcomb

Q 43529 4.353 104

Qe e Q 1.087 104

caldura transf. in lucru mecanic efectiv

qeQe

Q100 24.967

Qr - caldura pierduta prin sistemul de racire

Qrprim 0.3972 i D1.73 S

0.575 n0.71

1 1.5 ( )

1( )0.286

1.938 107

QrQrprim

Ch

1.462 106 Kj

Kg

qrQr

Q100 3.36 10

3

Qg - caldura primita prin gazele de evacuare

Tev Td

p0

pd

md 1

md

1.162 103

ITevCO24 5043

10027131 2.733 10

4

ITevCO4 3155

10020670 2.08 10

4

ITevH2O4 3816

10024165 2.432 10

4

ITevN24 3106

10020594 2.072 10

4

ITevga nCO2 ITevCO2 nH2O ITevH2O nN2 ITevN2 nCO ITevCO 2.189 104

ITsCO22 3917

1009492 9.57 10

3

ITsCO2 2921

1008717 8.775 10

3

ITsH2O2 3393

10010036 1.01 10

4

14

ITsN22 2909

1008717 8.775 10

3

ITsga nCO2 ITsCO2 nH2O ITsH2O nN2 ITsN2 nCO ITsCO 9.042 103

ITsaer2 3309

1008317 8.383 10

3

ITsprimaerT

1003309 ITsaer 9.376 10

3

Deci

Qg Nf ITevga ITsga( ) N0 ITsprimaer ITsaer( ) 5.997 103

qgQg

Q100 13.777

Qin - caldura pierduta prin ardere incompleta

qin 0

Qin 0

Qrez Q Qe Qr Qg Qin( ) 1.436 106

termenul rezidual

qrezQrez

Q100 3.298 10

3

CAP.2. CALCULUL DINAMIC

1. Alegerea tipului de mecanism biela manivela

Mecanismul biela-manivela cu piston portant, de tip normal, solutie prezenta la dispunerea cilindrilor in linie sau in V normal cu biele alaturate.

Se alege mecanismul de tip axat care este cel mai simplu si la care seria Fourier a fortelor de inertie a maselor cu miscare de translatie aferente echipajului mobil al unui cilindru (Fitr) nu contine armonice de ordin impar, p>1 (p=3,5,7...)

2. Calculul dimensiunilor principale ale mecanismului motor

Mecanismele cu bilele lungi (λ<1/4) conduc la o reducere a valorii maxime a fortei normale N, care se utilizeaza in general la MAC.Astfel se recomanda: λ=1/4...1/5 MAC

15

RS

235

mm -raza manivelei

1

4

0.25

LR

140

mm -lungimea bielei

3. Stabilirea maselor pieselor in miscare ale mecanismului motor

Se realizeaza prin dimensionarea acestora, calculul aproximativ al volumelor si alegerea materialelor pentru cunosterea densitatii.Valorile obtinute se compara cu datele statistice.

Densitatea aparenta a pistonului

p 0.7

Aliaj de aluminiu

p = 0,5...0,8

mpp D

31000

319.573g masa pistonului

Astfel se poate aproxima

mgp 1.5 mp 479.36 g

-masa grupului piston

mgp = (1,2...1,5) mp

Masa bielei:

mb mbales D

24

465.663g

Masa aflata in miscare de translatie , mtr, va fi:

mtr mgp 0.275 mb 607.417 g

4 Calculul fortelor si momentului care actionaeaza asupra echipajului mobil al unui cilindru:

16

Pe baza diagramei idicate a ciclului teoretic corectat in coordonate p-V se determina cu ajutorul unei constructii grafice bazata pe expresia aproximativa a deplasarii pistonului, variatia presiunii gazelor din cilindru p in functie de unghiul de rotatie al arborelui cotit αdin 10 in 10 grade pe toata durata ciclului.

Astfel:

- se construieste semicercul de diametru AB si centru O

-se construieste O" de raza oarecare si se imparte imparte in parti egale din 10 in 10 grade

-se prelungesc razele celui de al doilea semicerc pe primul si il pmparte in tot atatea parti, insa inegale

-din aceste puncte de intersectie se ridica verticale ce intersecteaza diagrama indicata in patru puncte corespunzatoare celor 4 curse ale pistonului ( cu exceptia pmi si pme unde sunt tangente) si se citeste pe axa ordonatelor p(α).

Calculul fortelor si momentului motor indicat al unui cilindru M se face tabelar.

F - forta in lungul axei cilindrului

F = Fp + Ft

Fp - forta de presiune a gazelor

Fp = (p-pc)*πD2 /4 p[bar] , pc[bar] - presiunea din carter

pc = 0,1 Mpa = 1 bar

Ft - forta de inertie a maselor cu miscare de translatie

Ft = - mt(jb / Rω2) * 10-1 = -mtr*R*ω2 (cosα + λ cosα)

jb - acceleratia pistonului

jb / Rω2 = cosα +λ2α

mtr[kg] , R[m] , ω = π n / 30 [rad/s]

k- forta in lungul bielei

k = F/ cosβ

N- forta normala

N = F* tg β

Z- forta in lungul manivelei

Z = F * cos(β+α) / cosβ

T - forta tangentiala

17

T = F * sin (α+β) / cosβ

M-momentul motor

M = T*R [Nm]

Fa- forta de inertie a partii din biela in miscare de rotatie

Fa = ma R ω2 unde ma =0,725mb [kg]

18

a grad a rad p Fp Ft beta F=Fp+Ft tg beta N 1/cos b k Z T M0 0 0,1 0 -7864,73 0 -7864,73 0 0 1 -7864,73 -7864,73 0 0

10 0,174533 0,1 0 -7674,28 0,043426 -7674,28 0,043453 -333,471 1,000944 -7681,53 -7499,79 -1661,03-

56,47500537

20 0,349066 0,1 0 -7117,29 0,08561 -7117,29 0,085819 -610,801 1,003676 -7143,45 -6479,16 -3008,22-

102,2795198

30 0,523599 0,1 0 -6235,32 0,125328 -6235,32 0,125988 -785,576 1,007905 -6284,61 -5007,16 -3797,99-

129,1315783

40 0,698132 0,1 0 -5092,93 0,161397 -5092,93 0,162813 -829,194 1,013167 -5159,99 -3368,41 -3908,87-

132,9015392

50 0,872664 0,1 0 -3771,14 0,192701 -3771,14 0,195123 -735,836 1,018859 -3842,26 -1860,36 -3361,85-

114,3028632

60 1,047197 0,1 0 -2359,42 0,218234 -2359,42 0,221766 -523,24 1,024295 -2416,74 -726,572 -2304,94-

78,36790137

70 1,22173 0,1 0 -946,972 0,237139 -946,972 0,241687 -228,871 1,028792 -974,237 -108,816 -968,141-

32,91680634

80 1,396263 0,1 0385,526

8 0,24876 385,5268 0,254021 97,93193 1,031759 397,7708 -29,498 396,6755 13,48696724

90 1,570796 0,1 01572,94

4 0,25268 1572,944 0,258199 406,1324 1,032796 1624,53 -406,132 1572,944 53,4800993

100 1,745329 0,1 02570,64

1 0,24876 2570,641 0,254021 652,997 1,031759 2652,282 -1089,46 2418,196 82,21865047

110 1,919862 0,1 03356,86

2 0,23714 3356,862 0,241687 811,3101 1,028792 3453,512 -1910,5 2876,935 97,81578077

120 2,094395 0,1 03932,36

4 0,218235 3932,364 0,221766 872,0663 1,024295 4027,901 -2721,41 2969,495 100,9628307

130 2,268928 0,1 04317,41

9 0,192702 4317,419 0,195123 842,427 1,018859 4398,84 -3420,52 2765,835 94,03838903

140 2,44346 0,1 04546,64

7 0,161397 4546,647 0,162813 740,2529 1,013167 4606,514 -3958,76 2355,463 80,08575632

150 2,617993 0,1 04662,37

2 0,125328 4662,372 0,125988 587,4042 1,007905 4699,229 -4331,43 1822,481 61,96436177

160 2,792526 0,1 04707,39

6 0,08561 4707,396 0,085819 403,9863 1,003676 4724,7 -4561,68 1230,404 41,83374128170 2,967059 0,1 0 4718,11 0,043426 4718,112 0,043453 205,0169 1,000944 4722,564 -4682,03 617,3922 20,99133543

19

2

180 3,141592 0,099035 -4,489224718,83

8 1,63E-07 4714,349 1,63E-07 0,00077 1 4714,349 -4714,35 0,002311 7,85719E-05

190 3,316125 0,103987 18,557644718,11

2 -0,04343 4736,67 -0,04345 -205,822 1,000944 4741,139 -4700,45 -619,816-

21,07374255

200 3,490658 0,108939 41,604514707,39

7 -0,08561 4749,001 -0,08582 -407,555 1,003676 4766,457 -4601,99 -1241,27-

42,20331676

210 3,665191 0,118843 87,698244662,37

2 -0,12533 4750,07 -0,12599 -598,452 1,007905 4787,621 -4412,91 -1856,76-

63,12975019

220 3,839724 0,123794 110,74514546,64

8 -0,1614 4657,393 -0,16281 -758,283 1,013167 4718,718 -4055,19 -2412,83-

82,03632103

230 4,014256 0,128746 133,7924317,42

1 -0,1927 4451,213 -0,19512 -868,532 1,018859 4535,157 -3526,52 -2851,54-

96,95244677

240 4,188789 0,133698 156,83883932,36

7 -0,21823 4089,206 -0,22177 -906,848 1,024295 4188,554 -2829,96 -3087,93-

104,9896211

250 4,363322 0,13865 179,88573356,86

7 -0,23714 3536,753 -0,24169 -854,787 1,028792 3638,582 -2012,88 -3031,1-

103,0575434

260 4,537855 0,148553 225,97942570,64

7 -0,24876 2796,627 -0,25402 -710,402 1,031759 2885,445 -1185,24 -2630,78-

89,44647507

270 4,712388 0,158457 272,07311572,95

2 -0,25268 1845,025 -0,2582 -476,383 1,032796 1905,534 -476,385 -1845,02-

62,73084556

280 4,886921 0,198071 456,4481385,536

3 -0,24876 841,9844 -0,25402 -213,882 1,031759 868,725 -64,4243 -866,333-

29,45531755290 5,061454 0,247589 686,9167 -946,962 -0,23714 -260,045 -0,24169 62,84959 1,028792 -267,532 -29,8811 265,8585 9,039188658300 5,235987 0,321865 1032,62 -2359,41 -0,21823 -1326,79 -0,22177 294,2377 1,024295 -1359,02 -408,576 1296,154 44,06922081310 5,41052 0,401094 1401,369 -3771,13 -0,1927 -2369,76 -0,19512 462,3952 1,018859 -2414,45 -1169,04 2112,567 71,82728356320 5,585052 0,594213 2300,197 -5092,92 -0,1614 -2792,72 -0,16281 454,6913 1,013167 -2829,49 -1847,08 2143,442 72,8770183330 5,759585 0,891319 3683,009 -6235,31 -0,12533 -2552,3 -0,12599 321,5605 1,007905 -2572,48 -2049,58 1554,633 52,85751875340 5,934118 1,287461 5526,758 -7117,28 -0,08561 -1590,53 -0,08582 136,4984 1,003676 -1596,37 -1447,92 672,2603 22,85685172350 6,108651 1,53505 6679,101 -7674,28 -0,04343 -995,179 -0,04345 43,24385 1,000944 -996,119 -972,551 215,3992 7,32357315

360 6,283184 6,982 32030,65 -7864,73 -3,3E-07 24165,92 -3,3E-07 -0,0079 1 24165,9224165,9

2 -0,03949-

0,001342541

370 6,457717 6,75038 30952,63 -7674,29 0,043425 23278,34 0,043453 1011,506 1,000944 23300,3122749,0

5 5038,351 171,3039298380 6,63225 6,982 32030,65 -7117,3 0,085609 24913,36 0,085819 2138,039 1,003676 25004,93 22679,6 10529,94 358,0178993

20

6

390 6,806783 6,932482 31800,18 -6235,33 0,125328 25564,86 0,125988 3220,861 1,007905 25766,9520529,4

1 15571,75 529,4393982

400 6,981316 4,308043 19585,35 -5092,94 0,161396 14492,41 0,162813 2359,546 1,013167 14683,239585,15

9 11123,04 378,1835153

410 7,155848 2,772993 12440,82 -3771,15 0,192701 8669,664 0,195122 1691,646 1,018859 8833,1614276,88

8 7728,711 262,7761693

420 7,330381 1,782638 7831,445 -2359,43 0,218234 5472,013 0,221766 1213,507 1,024295 5604,9561685,08

6 5345,653 181,7522169

430 7,504914 1,634085 7140,039 -946,983 0,237139 6193,056 0,241687 1496,78 1,028792 6371,365711,646

3 6331,497 215,2708924

440 7,679447 1,237943 5296,289385,517

3 0,24876 5681,807 0,254021 1443,298 1,031759 5862,255 -434,727 5846,114 198,7678828

450 7,85398 0,817043 3337,3061572,93

6 0,25268 4910,242 0,258199 1267,819 1,032796 5071,276 -1267,81 4910,244 166,9482916

460 8,028513 0,742766 2991,6032570,63

4 0,24876 5562,237 0,254021 1412,926 1,031759 5738,889 -2357,32 5232,386 177,9011309

470 8,203046 0,64373 2530,6663356,85

7 0,23714 5887,523 0,241687 1422,939 1,028792 6057,035 -3350,77 5045,794 171,5569816480 8,377579 0,544695 2069,729 3932,36 0,218235 6002,089 0,221767 1331,063 1,024295 6147,91 -4153,77 4532,437 154,1028644

490 8,552112 0,495177 1839,264317,41

7 0,192702 6156,677 0,195123 1201,31 1,018859 6272,784 -4877,69 3944,11 134,0997366

500 8,726644 0,44566 1608,7914546,64

5 0,161397 6155,437 0,162813 1002,186 1,013167 6236,488 -5359,53 3188,929 108,423578

510 8,901177 0,430804 1539,6514662,37

1 0,125328 6202,022 0,125989 781,3838 1,007905 6251,051 -5761,8 2424,323 82,42699152

520 9,07571 0,396142 1378,3234707,39

6 0,08561 6085,719 0,08582 522,275 1,003676 6108,089 -5897,33 1590,672 54,08283378

530 9,250243 0,396142 1378,3234718,11

2 0,043426 6096,435 0,043453 264,9113 1,000944 6102,188 -6049,82 797,7597 27,12382867

540 9,424776 0,396142 1378,3234718,83

8 4,9E-07 6097,161 4,9E-07 0,002989 1 6097,161 -6097,16 0,008966 0,000304856

550 9,599309 0,396142 1378,3234718,11

2 -0,04343 6096,435 -0,04345 -264,905 1,000944 6102,187 -6049,82 -797,742-

27,12321996560 9,773842 0,11 46,54265 4707,39 -0,08561 4753,939 -0,08582 -407,978 1,003676 4771,413 -4606,78 -1242,56 -

21

7 42,24704485

570 9,948375 0,11 46,542654662,37

3 -0,12533 4708,915 -0,12599 -593,265 1,007905 4746,14 -4374,68 -1840,67-

62,58263414

580 10,12291 0,11 46,542654546,64

9 -0,1614 4593,192 -0,16281 -747,829 1,013167 4653,671 -3999,29 -2379,57-

80,90532044

590 10,29744 0,11 46,542654317,42

4 -0,1927 4363,966 -0,19512 -851,508 1,018859 4446,264 -3457,4 -2795,65-

95,05197492

600 10,47197 0,11 46,542653932,37

1 -0,21823 3978,914 -0,22177 -882,388 1,024295 4075,581 -2753,63 -3004,64-

102,1577679

610 10,64651 0,11 46,542653356,87

2 -0,23714 3403,415 -0,24169 -822,56 1,028792 3501,405 -1937 -2916,83-

99,17212338

620 10,82104 0,11 46,542652570,65

4 -0,24876 2617,197 -0,25402 -664,823 1,031759 2700,316 -1109,2 -2461,99-

83,70758896

630 10,99557 0,11 46,54265 1572,96 -0,25268 1619,503 -0,2582 -418,154 1,032796 1672,616 -418,158 -1619,5-

55,06307163

640 11,1701 0,11 46,54265385,545

8 -0,24876 432,0885 -0,25402 -109,76 1,031759 445,8112 -33,0618 -444,584-

15,11584122650 11,34464 0,11 46,54265 -946,952 -0,23714 -900,409 -0,24169 217,6174 1,028792 -926,333 -103,462 920,5374 31,2982722660 11,51917 0,11 46,54265 -2359,4 -0,21823 -2312,86 -0,22177 512,9146 1,024295 -2369,05 -712,226 2259,452 76,82135978670 11,6937 0,11 46,54265 -3771,12 -0,1927 -3724,58 -0,19512 726,7518 1,018859 -3794,82 -1837,38 3320,345 112,8917335680 11,86824 0,11 46,54265 -5092,91 -0,1614 -5046,37 -0,16281 821,6156 1,013167 -5112,81 -3337,61 3873,143 131,6868717690 12,04277 0,11 46,54265 -6235,3 -0,12533 -6188,76 -0,12599 779,714 1,007905 -6237,68 -4969,76 3769,645 128,1679235700 12,2173 0,11 46,54265 -7117,28 -0,08561 -7070,74 -0,08582 606,8101 1,003676 -7096,73 -6436,77 2988,566 101,611231710 12,39184 0,11 46,54265 -7674,28 -0,04343 -7627,74 -0,04345 331,4529 1,000944 -7634,93 -7454,29 1650,979 56,13328403720 12,56637 0,11 46,54265 -7864,73 -6,5E-07 -7818,19 -6,5E-07 0,00511 1 -7818,19 -7818,19 0,025549 0,000868681

22

0 100 200 300 400 500 600 700 800

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

Fp[N]Ft[N]F[N]

0 100 200 300 400 500 600 700 800

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Z[N]T[N]

0 100 200 300 400 500 600 700 800

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

M[Nm]

23

5. Calculul motorului rezultant (indicat) Mrez

Aprinderile fiind uniform repartizate in perioada functionala a motorului, momentele Mj aferente celor i cilindrii sunt decalate unghiular cu

δ= σπ/i care este si perioada

Momentul motor rezultant

Mrez =Σ Mj

m 0.8

4

n30

544.543

i 4

i3.142

Mmed 96.06341629 Nm

Pcalculata Mmed m 103 41.849

Pcalculata Pe

Pcalculata

100 4.417%

eroarea trebuie sa fie mai mica de 5%

a grad a rad M1 M2 M3 M4 M0 0 0 7,85 -0,001 0 7,849

100,17453

3 -56,47 -21,07 171,3 -27,12 66,64

200,34906

6 -102,27 -42,2 358,01 -42,24 171,3

300,52359

9 -129,13 -63,12 529,43 -62,58 274,6

400,69813

2 -132,9 -82,03 378,18 -80,9 82,35

500,87266

4 -114,3 -96,95 262,77 -95,05 -43,53

601,04719

7 -78,36 -104,98 181,75 -102,15 -103,7470 1,22173 -32,91 -103,05 215,27 -99,17 -19,86

801,39626

3 13,48 -89,44 198,76 -83,7 39,1

24

901,57079

6 53,48 -62,73 166,94 -55,06 102,63

1001,74532

9 82,21 -29,45 177,9 -15,11 215,55

1101,91986

2 97,81 9,03 171,55 31,29 309,68

1202,09439

5 100,96 44,06 154,1 76,82 375,94

1302,26892

8 94,03 71,82 134,09 112,89 412,83140 2,44346 80,08 72,87 108,42 131,68 393,05

1502,61799

3 61,96 52,85 82,42 128,16 325,39

1602,79252

6 41,83 22,85 54,08 101,61 220,37

1702,96705

9 20,99 7,32 27,12 56,133 111,563

1803,14159

2 7,85 -0,001 0 0 7,849

1903,31612

5 -21,07 171,3 -27,12 -56,47 66,64

2003,49065

8 -42,2 358,01 -42,24 -102,27 171,3

2103,66519

1 -63,12 529,43 -62,58 -129,13 274,6

2203,83972

4 -82,03 378,18 -80,9 -132,9 82,35

2304,01425

6 -96,95 262,77 -95,05 -114,3 -43,53

2404,18878

9 -104,98 181,75 -102,15 -78,36 -103,74

2504,36332

2 -103,05 215,27 -99,17 -32,91 -19,86

2604,53785

5 -89,44 198,76 -83,7 13,48 39,1

2704,71238

8 -62,73 166,94 -55,06 53,48 102,63

2804,88692

1 -29,45 177,9 -15,11 82,21 215,55

2905,06145

4 9,03 171,55 31,29 97,81 309,68

3005,23598

7 44,06 154,1 76,82 100,96 375,94310 5,41052 71,82 134,09 112,89 94,03 412,83

3205,58505

2 72,87 108,42 131,68 80,08 393,05

3305,75958

5 52,85 82,42 128,16 61,96 325,39

3405,93411

8 22,85 54,08 101,61 41,83 220,37

3506,10865

1 7,32 27,12 56,133 20,99 111,563360 6,28318 -0,001 0 0 7,85 7,849

25

4

3706,45771

7 171,3 -27,12 -56,47 -21,07 66,64380 6,63225 358,01 -42,24 -102,27 -42,2 171,3

3906,80678

3 529,43 -62,58 -129,13 -63,12 274,6

4006,98131

6 378,18 -80,9 -132,9 -82,03 82,35

4107,15584

8 262,77 -95,05 -114,3 -96,95 -43,53

4207,33038

1 181,75 -102,15 -78,36 -104,98 -103,74

4307,50491

4 215,27 -99,17 -32,91 -103,05 -19,86

4407,67944

7 198,76 -83,7 13,48 -89,44 39,1450 7,85398 166,94 -55,06 53,48 -62,73 102,63

4608,02851

3 177,9 -15,11 82,21 -29,45 215,55

4708,20304

6 171,55 31,29 97,81 9,03 309,68

4808,37757

9 154,1 76,82 100,96 44,06 375,94

4908,55211

2 134,09 112,89 94,03 71,82 412,83

5008,72664

4 108,42 131,68 80,08 72,87 393,05

5108,90117

7 82,42 128,16 61,96 52,85 325,39520 9,07571 54,08 101,61 41,83 22,85 220,37

5309,25024

3 27,12 56,133 20,99 7,32 111,563

5409,42477

6 0 0 7,85 -0,001 7,849

5509,59930

9 -27,12 -56,47 -21,07 171,3 66,64

5609,77384

2 -42,24 -102,27 -42,2 358,01 171,3

5709,94837

5 -62,58 -129,13 -63,12 529,43 274,6

58010,1229

1 -80,9 -132,9 -82,03 378,18 82,35

59010,2974

4 -95,05 -114,3 -96,95 262,77 -43,53

60010,4719

7 -102,15 -78,36 -104,98 181,75 -103,74

61010,6465

1 -99,17 -32,91 -103,05 215,27 -19,86

62010,8210

4 -83,7 13,48 -89,44 198,76 39,1

63010,9955

7 -55,06 53,48 -62,73 166,94 102,63640 11,1701 -15,11 82,21 -29,45 177,9 215,55

26

65011,3446

4 31,29 97,81 9,03 171,55 309,68

66011,5191

7 76,82 100,96 44,06 154,1 375,94670 11,6937 112,89 94,03 71,82 134,09 412,83

68011,8682

4 131,68 80,08 72,87 108,42 393,05

69012,0427

7 128,16 61,96 52,85 82,42 325,39700 12,2173 101,61 41,83 22,85 54,08 220,37

71012,3918

4 56,133 20,99 7,32 27,12 111,563

72012,5663

7 0,008 0 0 0 0,008

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-200

-100

0

100

200

300

400

500

M rezultant

Diagrama polara

Z T Fa Rm-

7864,73 03399,84

411264,5

7-

7499,79-

1661,033399,84

411025,4

7-

6479,16-

3008,223399,84

410326,8

6-

5007,16-

3797,993399,84

49225,09

4

27

-3368,41

-3908,87

3399,844

7815,917

-1860,36

-3361,85

3399,844

6242,739

-726,572

-2304,94

3399,844

4726,526

-108,816

-968,141

3399,844

3639,779

-29,498396,675

53399,84

43452,20

7-

406,1321572,94

43399,84

44118,20

4-

1089,462418,19

63399,84

45099,17

1

-1910,52876,93

53399,84

46039,57

4-

2721,412969,49

53399,84

46803,50

5-

3420,522765,83

53399,84

47359,83

6-

3958,762355,46

33399,84

47726,39

8-

4331,431822,48

13399,84

47943,17

8-

4561,681230,40

43399,84

48056,03

5-

4682,03617,392

23399,84

48105,42

5-

4714,350,00231

13399,84

48114,19

3-

4700,45-

619,8163399,84

48123,97

3-

4601,99-

1241,273399,84

48097,54

1-

4412,91-

1856,763399,84

48030,35

8-

4055,19-

2412,833399,84

47835,76

7-

3526,52-

2851,543399,84

47490,38

3-

2829,96-

3087,933399,84

46953,11

1-

2012,88 -3031,13399,84

46203,64

2-

1185,24-

2630,783399,84

45286,20

8-

476,385-

1845,023399,84

44292,93

2-

64,4243-

866,3333399,84

4 3570,95-

29,8811265,858

53399,84

43440,01

4- 1296,15 3399,84 4022,94

28

408,576 4 4 4-

1169,042112,56

73399,84

45033,64

8-

1847,082143,44

23399,84

45667,84

8-

2049,581554,63

33399,84

45666,83

9-

1447,92672,260

33399,84

44894,15

4-

972,551215,399

23399,84

44377,69

724165,9

2-

0,039493399,84

420766,0

822749,0

55038,35

13399,84

419994,4

222679,6

610529,9

43399,84

421967,9

520529,4

115571,7

53399,84

423149,5

49585,15

911123,0

43399,84

412727,1

54276,88

87728,71

13399,84

47778,31

51685,08

65345,65

33399,84

45613,94

7711,646

36331,49

73399,84

46878,53

6-

434,7275846,11

43399,84

46991,49

3-

1267,814910,24

43399,84

46774,76

9-

2357,325232,38

63399,84

47779,64

3-

3350,775045,79

43399,84

48427,97

7-

4153,774532,43

73399,84

48809,09

1-

4877,69 3944,113399,84

4 9169,16-

5359,533188,92

93399,84

49321,79

2

-5761,82424,32

33399,84

49476,97

1-

5897,331590,67

23399,84

49432,26

9-

6049,82797,759

73399,84

49483,27

4-

6097,160,00896

63399,84

49497,00

4-

6049,82-

797,7423399,84

49483,27

5-

4606,78-

1242,563399,84

48102,46

8

29

-4374,68

-1840,67

3399,844

7989,444

-3999,29

-2379,57

3399,844

7772,356

-3457,4-

2795,653399,84

47405,23

2-

2753,63-

3004,643399,84

46847,85

7

-1937-

2916,833399,84

4 6081,92

-1109,2-

2461,993399,84

45137,39

8-

418,158 -1619,53399,84

44147,27

9-

33,0618-

444,5843399,84

43461,57

4-

103,462920,537

43399,84

43622,22

9-

712,2262259,45

23399,84

44691,93

3-

1837,383320,34

53399,84

46201,06

6-

3337,613873,14

33399,84

47771,38

8-

4969,763769,64

53399,84

49179,34

9-

6436,772988,56

63399,84

410280,5

9-

7454,291650,97

93399,84

410978,9

8-

7818,190,02554

93399,84

411218,0

3Rm mediu

8062,284

30

-5000 0 5000 10000 15000 20000-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Z(T)

Z(T)

Axis Title

Axis Title

CAP.3. CALCULUL SI CONSTRUCTIA SEGMENTILOR DE COMPRESIE

1. Materialul

Materialul ales este F11:

r [MPa] = 300...350

r 320 MPa

E [MPa] = (7...11,5) * 104

E 10.5 104 MPa

s 11.5 106 MPa

s [MPa] = (11,1...12,5) * 10-6

2. Calculul segmentilor de compresie

31

2.1.Stabilirea dimensiunilor sectiunii

Grosimea radiala "a" se determina din conditia ca erfortul unitar la montaj σm sa nu depaseasca rezistenta admisibila σa = 200...300 N/mm2 , iar cel din timpul functionarii σf sa fie cat mai mic.

h 2 mm

s 0.25 mm

s = 0,15...0,30

a 3 mm

a = 1,25...3,3

h1 0.2 mm

h2 0.2 mm

Ft 13 N

Ft = 5,2...14,3

m 0.5

k 1.742

2 Ft

h D

pE

2 Ft

D h h1 0.188

m2 m E

D

a1

21

3 pE

4 ED

a

D

a1

3

83.497

N / mm2

f

pE k

23

D

a1

2

1

298.08 N / mm2

2.2 Rostul de dilatare

a) in stare libera

k 1.742

C 0.196

32

S03 3 C( )

4

pE

E

D

a1

3

D 4.542

b) in functioare:

S' = (0,0023...0,0040) D

S' 0.00275 D 0.212 mm

c) la montaj:

s 1.15 105

Ts 520 K

T.s = 500...545 K

Tcil 390 K

T.cil = 385...395 K

cil 11.5 106

SS' D s Ts T0 cil Tcil T0

1 s Ts T0 0.572

2.3 Jocurile segmentului in canal:

h' 0.04 mm

axial

h' = 0,03...0,05 mm

a' 0.8 mm

radial

a' = 0,5...1,0 mm

H h h' 2.04

Dimensiuni canal:

A a a'Dpm Dpc

2

Dpm

se va calcula in capitolul viitor

33

CAP.4. CONSTRUCTIA SI CALCULUL BOLTULUI

1. Material

Otel aliat din STAS 1791-80

13CrNi30

materialul ales

r 1200 N/mm2

σ.r [N/mm2] = 1000...1350

2.Predimensionare

Raportul D/d=0.26

D 77 mm

d/D = 0,24...0,28

d 0.26 D 20.02 mm

Raportul χ=di/d=0.68

0.68

χ=di/d = 0,64...0,72

di d 13.614 mm

Raportul B/D=0.28

(ales pentru bolt fix)

b/D = 0,26...0,30

B 0.28 D 21.56 mm

Raportul L/D=0.91

(ales pentru bolt flotant)

l/D = 0,8...8,87

34

Lb 0.91 D 70.07 mm

J 1.2 mm

J = 1...2

Jocul

Presiuni admisibile [N/mm2]:

p.a = [20...40] ptr pistoane din aliaj

p.b = [25...60] mas tractoare si automobile

3. Verificarea presiunii in piciorul bielei p.b si in umerii pistonului p.a

pmax pz 5.652

Forta de calcul:

F D

2

4pmax mp 10

3 R 103 2 1 ( ) 2.218 10

4

Fmin 103 mp 10

3 R 103 2 1 ( ) 4.146

aLb B

224.255

mm

lungimea de sprijin in umerii pistonului

b B 2 J 19.16 mm

lungimea de sprijin in piciorul pistonului

pacalculataF

2 a d22.834

mai mic decat p.a max [MPa]

pbcalculataF

b d57.811

mai mic decat p.b max [MPa]

4 Verificarea de rezistenta

a) Verificarea la incovoiere - se face static si la oboseala. Sarcina se considera distribuie liniar in lungul boltului in umerii si uniform in piciorul bielei

imax

F 3 Lb 4 a 1.5 b

1.2 d3 1 4

247.384

35

max imax 247.384

La boltul flotant se considera ca ciclul de incarcare este alternant simetric. Coeficientu de siguranta la oboseala

minus1 0.4 r 480

r 1.2 103

0.6

ales din Fig 3

otel aliat cu concentratriputernici

2

bolt cementat

1

cminus1

max

2.328

inclus in intervalul 2...4 ptr bolt fix

b) Verificarea la forfecare - forta taietoare maxima se realizeaza in zona jocului dintre piciorul bielei si umerii pistonului, iar efortul unitar maxim la periferia boltului in plan nominal la axa pistonuli

Dupa formula lui Juravsky

max0.85 F 1 2

d2

1 4 128.155

inclus in interv τ= [100...220] ptr oteluri aliate

La verificarea sumara:

max2 F

d2

1 2 65.518

mai mic decat τ= [100...220]

c) Verificarea la ovalizare - sarcina se considera sinusoidala distribuita pe jumatate din periferia boltului in plan transversal.Efortul unitar maxim se realizeaza in fibra interioara.

k 1.5 15 0.4( )3 1.171

modul de maxo este mai mica decat m1

36

maxoF k

L D0.19

1 2 ( ) 1 ( )

1 2

1

1

9.35

5. Verificarea deformatiilor

Deformatia maxima de ovalizare se produce in planul normal la axa pistonului

p 0.003 D 0.231 mm

jocul din umerii pistonului in functionare

E 11.5 104

modul de elasticitate a materialului

f0.09 F k

E L1 1

3

0.021

Jocul la montaj:

b 11 106

p 24 106

Tb 425 K

temperatura boltului

Tp 475 K

temperatura umerilor pistonului

T0 300 K

temperatura mediului la montaj

p d b Tb T0 p Tp T0

1 p Tp T0 0.174

mm

Temperatura minima la care trebuie incalzit pistonul pentru a realiza montajul (interval recomandat T.pm=[355...395])

Tpm T0

D ( ) p 394.214

k

CAP.5. PISTONUL

1. Stabilirea dimensiunilor

37

Tp 550

D = 65...100

D 77 mm

L/D = 0,8...1,1

c 11.5 106

L 0.9 D 69.3 mm

H.c / D = 0,5...0,7

Hc 0.6 D 46.2

T0 300

L.m / D = 0,5...0,8

Lm 0.55 D 42.35 mm

δ / D = 0,08...0,10

0.08 D 6.16 mm

H.1 / D = 0,06...0,12

H1 0.08 D 6.16 mm

H.2 / D = 0,035...0,045

H2 0.04 D 3.08 mm

H = 1,5...2

H 2.5 mm

B / D = 0,30...0,40

B 0.4 D 30.8 mm

δ.s / D = 0,05...0,08

s 0.065 D 5.005 mm

m 0.021 D 1.617 mm

δ.m / D = 0,02...0,04

MAS rapid

38

d 0.26 D 20.02 mm

d / D = 0,24...0,28

du 1.6 d 32.032 mm

d.u / D = 1,3...1,6

2. Calculul pistonului

2.1. Calculul capului pistonului:

a) Diametrul capului pistonului

D'c 0.003 D 0.231 mm

A 0.05 d 1.001

Dcp

D 1 c Tcil T0 D'c

1 p Tp T0 76.39

mm

α.c - coeficientul de dilatare al materialului cilindrului

α.p - coeficientul de dilatare al materialului pistonului

T.cil - temperatura cilindrului

D'.c - jocul la cald in functionare

D'.c / D = 0,002...0,004

T.p - temperatura pistonului la cap

T.0 - temperatura mediu montaj

b)Verificarea la rezistenta:

Se face stati la solicitari termo-mecanice, considerand capul o placa plana de grosime constanta δ si diametru exterior Di , incastrata pe contur in regiunea port-segmenti

1. solicitari mecanice: - capul pistonului se considera incastrat, cu o sarcina uniform distribuita egala cu presiunea maxima a gazelor

Di D 2 A 2 s 64.988 mm

Eforturile unitare iau valori extreme

pmax 5.652

39

La margine

rmar

3 pmax Di2

16 2117.961

MPa adm 170( ) MPa

pentru MAS

0.34 coef lui poisson pentru Al μ = 0,32...0,36

tmar rmar 40.107

In centru:

c

rmar tmar

279.034

rc 3 1 ( )pmax Di

2

32 2 79.034

2 2 Calculul regiunii port segmenti

Se verifica static la comprimare sub actiunea fortei maxime de presiune a gazelor, notata Fc

mp 319.573

Fc D

24

pmax 2.632 104

N

R 35

si la intindere sub actiunea fortei maxime de inertie a partii din piston de masa mp corespunzatoare capului, regiunii port-segmenti, segmenti situata deasupra sectiunii de calcul

Fi mp R 106 2 1 ( ) 4.146 10

3 N

Sectiunea periculoasa, de calcul, este cea slabita de canalizatia de evacuare a uleiului raclat de segmentul de ungere

A 0.05 d 1.001 mm

Du D 2 A 74.998 mm

u 3

su u

6 nr de gauri de ungere

Di Du 2 s 64.988 mm

40

4

Du2

Di2

u

Du Di 2

1.01 103

cmax

Fc

26.049

mai mici decat σ.adm

imax

Fi

4.103

2 3 Calculul mantalei

Tm 130 273 403 K

' m 0.002 D 0.154

m p 2.4 105

Dm

D 1 c Tcil T0 ' m

1 m Tm T0 76.736

mm

m D Dm 0.264 mm

Jocul de montaj

u 3

b) verificarea presiunii maxime pe manta

aD

2

D

2

2d

2

2

1.324mm

Aev 0 N

Nmax D

2

41.1 5.122 10

3

pmmax

Nmax

D Lm Aev1.571

2 4 Calculul umerilor pistonului

Se verifica sumar, static la forfecare sub actiunea fortei maxime de presiune a gazelor

max

D2

pmax

2 du2

d2

26.8

<= adm 40MPa

41

Capitolul 6.CONSTRUCTIA SI CALCULUL BIELIE

1. Material

Materialul ales :30M0CrNi20

cu

r 1350 N/mm2

σ.r [N/mm2] = 1250...1450

c 1050 N/mm2

A 9

d 26

2. Calculul piciorului bielei

2.1. Predimenisonare

diametrul exterior:

dpe 1.5 d 39

d diametrul exterior al boltului

diametrul interior:

hb grosimea bucsei de bronz.

hb 0.083d 2.158

dpi d 2 hb 30.316

grosimea minima a peretelui:

hmindpe dpi

24.342

40

35 deg 0.611

Lp 0.52dpe 20.28

0.5 Lp cos ( ) 0.5 dpe

cos ( ) 132.256

42

xpdpe

2

sin ( ) 29.686

hp 0.22d 5.72

2.2. Verificarea de rezistenta

a ) Efortul unitar maxim produs de forta care intinde biela

Fi mgpR

1000 2 1 ( ) 6.214 10

3

rmdpe dpi

234.658

Mo Fi rm 3.3 297( ) 104 2.843 10

3

No Fi 5720 8 ( ) 104 2.908 10

3

N No cos 180

Fi

2sin

180

cos 180

2.508 103

M Mo rm No N( ) 1.671 104

re 0.5 dpe 19.5

ri 0.5 dpi 15.158

h re ( ) cos 180

ri 2re ( )

2sin

180

sin 180

6.512

Eb 11.5 104 1.15 10

5

E 21 104 2.1 10

5

K1

1Eb hbE h

0.846

imax 2 M6 rm h( )

h 2 rm h( ) K N

1

b h 82.438

mai mic decat σr

b ) Efortul unitar maxim produs de forta care comprima biela:

pmax 5.652

Fc D

24

pmax Fi 2.011 104

No' 40

N' No' cos 180

Fc

2

p deg

sin p deg( ) cos p deg( )

63.919

43

Mo' 1.429 103

M' Mo' rm No' N'( ) 2.258 103

cmax 2 M'6 rm h( )

h 2 rm h( ) K N'

1

b h 9.448

0

c ) Eforturile unitare produse de bucsa presata in picior(la boltul flotant)

s0 6 m

b 1.8 105 K

1 2.127 105

105

K1 1.181 10

5

0.3

st 0

T 375 425K 15.281

T0 298

sz b ( ) dpi T T0( ) 0.081

pf

s0

1000st

dpi

dpe2

dpi2

dpe2

dpi2

E

dpi2

d2

dpi2

d2

Eb

2.632

f pf2 dpi

2

dpe2

dpi2

8.038

d ) coeficientul de siguranta la oboseala

_1t 370 [MPa]

k 1

-coeficient de concentrare a tensiunilor

0.8

-coeficient dimensional

0.95

-coeficient de calitate al suprafe¡ei

0.2 (0.12...0.20)

44

-efortul unitar maxim de încovoiere

max imax f 90.476

min cmax f 1.41

-efortul unitar minim de încovoiere

Se considerå un ciclu alternant simetric.

-tensiunea medie

mmax min

2

m 44.533 [MPa]

-amplitudinea ciclului

vmax min

2

v 45.943 [MPa]

Coeficientul de sigurantå la solicitare de încovoiere:

c_1t

k

v m

5.335

2.3. Verificarea deformatiei

fp9.6 Fi rm

3

105

E b 2 rm dpi( )3

90( )2 1.029 10

4

bolt 0.054

bolt 0.5 0.027 mai mare ca fp

3. Calculul capului bielei

mt 0.607

mb 0.465

a ) 0.25

n 5200

nmax 1.05n 5.46 103

ma mb 0.275mb 0.337

45

max nmax

30571.77

mc 0.25ma 0.084

z 2

R 35

Fic mt 1 ( ) ma mc[ ] R max2 10

3 1.157 104 N

FsFic

zsin 45 deg( ) 4.092 10

3N

F0 2.5 Fs 1.023 104 N

Fs' 0.2 Fs 818.468 N

F F0 Fs' 1.105 104 N

forta maxima in exploatare

b ) Predimensionarea surubului

c 1050

N

mm2

C 4

ds4 C F

1.15 c6.827

cm

aleg M8

c ) Verificarea la oboseala

Otel aliat cu c = (600...1400) MPa

Ft Fic

_1 300

c 1050

[MPa]

k 5.5

0.2

z 2

-suruburi

46

0.8

1.5

cc 1.25 [mm]

c 1050

Fmax F0 Fs' 1.105 104

Diametru la fund al filetului:

ds 6.827

As1 ds

2

4 36.602

d0 8

As d0

2

4 50.265

maxFmax

As219.819

minF0

As203.536

vmax min

28.141

mmax min

2211.678

c_1

k

v m

3.766

max1Fmax

As1301.875

min1F0

As1279.514

mmax1 min1

2290.694

vmax1 min1

211.181

2

47

c2c

v m3.394

3.1. Predimensionarea capului bielei

dm 0.55D 42.35 mm MAS in linie

diametrul manetonului

Lm 0.57dm 24.139 mm MAS in linie

lungimea manetonului

1) presiunea maxima

Rmmax 23149.54

Rmmed 8062.284

Lmprim Lm

Lmprim - lungimea portanta a fusului maneton

pmmaxRmmax

dm Lmprim22.644

MPa

ρm -raza de racordare a fusului cu bratul

m 0.08dm 3.388 mm

2) presiunea medie

pmmedRmmed

dm Lmprim7.886

MPa

3) coeficientul de uzura

0.556

Wm dm n

60 6.411 10

3m

s

viteza periferica a fusului maneton

Kf pmmed Wm3 1.442 10

6

Lm 0.8 dm 33.88

48

hcu 0.06dm 2.541

dc dm 2 hcu 47.432

dce dm 2 ds 4 60.003 mm

hcdce dc

26.286

Lp 20.28

Lc 1.2 Lp 24.336

3.2. Verificarea de rezistenta a capului bielei

M0 103 Fic Lc

2 0.83130 62( ) 6.465 10

3

N0 103

Fic 792 3 130( ) 4.653 103

km1

1hcu

3

hc3

0.938

kn1

1hcu

hc

0.712

bc Lm 33.88

wcbc hc

26

223.098

Ac bc hc 212.959

ickmM0

wc

kn N0Ac

42.741mai mic ca σa intre 100 si 300

3.3. Verificarea deformatiei capului

Icbc hc

312

701.161

Icubc hcu

312

46.321

fc1.5 Fic Lc

3

106

E Ic Icu( )130 90( )

2 2.551 103

cu 0.002dm 0.085

49

0.5 cu 0.042

Rezulta fc mai mic ca Δcu*0.5

4 Calculul corpului bielei

4.1. Dimensiunile corpului bielei

Hp 0.60dc 28.459 mm

Hc 1.25Hp 35.574 mm

HMHc Hp

232.017

latime corp in zona medie

Bp 0.75Hp 21.344 mm

Bc 0.75Hc 26.68 mm

BM 0.75HM 24.012 mm

ap 0.167Hp 4.753 mm

ac 0.167Hc 5.941 mm

aM 0.167HM 5.347 mm

hp 0.666Hp 18.954 mm

hc 0.666Hc 23.692 mm

hM 0.666HM 21.323 mm

ep 0.583Hp 16.592 mm

ec 0.583Hc 20.74 mm

eM 0.583HM 18.666 mm

1

4

LR

140

50

Se verifica la oboseala prin intindere - compresiune in sectiunea minima si medie ( in care se considera si flambajul ce insoteste comprimarea , in planul de miscare si cel de incastrare)

- in sectiunea minima

Am2 Bp ap ap Lp 2 ap( )

1025.409

Fc 2.011 104

mmaxFc

Am791.246

mmax a

Fi 6.214 103

N

mm2

mminFi

Am244.558

_1t 370

0.2

k 1

0.95

0.8

1 1

mmax mmin

2517.902

mmmax mmin

2273.344

c_1t

k

1 m

0.527

- in sectiunea medie (M) - in planul de miscare

c 0.0003

AM 2 BM aM aM HM 2 aM( ) 370.788

IzBM HM

3 BM aM( ) HM 2 aM( )3

125.059 10

4

Kz 1 cL2

AMIz

1.043

51

7.85

kg

dm3

densitate otel

V14

dpe2

d2 b 2.057 10

4

volumul piciorului

35 deg

40

xcdce

2

sin ( ) 40.151

Lprim L xp xc( ) 70.163

V2 AM xpLprim dpe

2

1.678 104

volum corp intre sectiunea medie

Vt V1 V2 3.736 104

x2 1.5 xpLprim dpe

4 52.32

FiBM 2 Vt R 1 ( ) V2 x2 2 104 1.873 10

9

Mmax KzFc FiBM

Am 7.691 10

7

MminFi FiBM

Am7.373 10

7

_1t 370

0.2

k 1

2 0.64

0.95

0.8

c2_1t

k

m

0.761

52

[2 ...3]

Mmax Mmin

27.532 10

7

mMmax Mmin

21.588 10

6

- in planul de incastrare

Li Ld dm

2 105.825

Iy2 aM BM

3 HM 2aM( ) aM3

121.261 10

4

Ky 1c Li AM

4 Iy 1

Mmax KyFc FiBM

Am 7.375 10

7MPa

Mmax Mmin( )

27.374 10

7

mMmax Mmin

27.374 10

7

σMmin calculat in sectiunea medie (M) in planul de miscare

_1t 370

0.2

k 1

2 0.64

0.95

0.8

cy_1t

k

2 m

2.33 106

53

Capitolul 7. Arborele cotit

8.1. Material: OLC 45, STAS 880 - 80, r =660

r 660

N

mm2

c 400

N

mm2

-1=180...220 N/mm2

1 190

N

mm2

8.3. Predimensionare

Tip motor : MAS

Dispunere cilindri : in L

D 77 mm

l 1.15D

l 89 mm

,ales din intervalul [1.1....1.25]

dp 0.7 D

dp 54 mm

,ales din intervalul [0.6...0.8]

54

lp 0.5 dp

lp 27 mm

,ales din intervalul [0.45...0.6]

dm D 0.6

dm 46.2 mm

,apartine intervalului [0.55...0.7]

lm dm 0.65

lm 30 mm

,apartine intervalului [0.45...0.65]

dmi 0.65dm

dmi 30 mm

,ales din intervalul [0.6...0.7]

b 0.2 D

b 15 mm

,ales din intervalul [0.2...0.25]

h 1.2 D

h 92 mm

,ales din intervalul [1.....1.25]

p 0.07dp

p 4 mm

,ales din intervalul [0.06...0.1]

m 0.07 dm

m 3 mm

R1 0.8 dm

R1 37 mm

constructiv

R2 0.6 dp

55

R2 32 mm

constructiv

b' 0.75 b

b' 12 mm

constructiv

R 35 mm

sdp dm 2 R

2

s 15 mm

l1 2 b lm lp

l1 88

Proiectarea contragreutatilor

1. Forta de inertie a maselor in miscare de rotatie

xI R4 R1

3

xI 50.7 mm

VI

R12 b'

2

VI 24783.7 mm3

VII R1 R2 R b

VII 37352.7 mm3

xIIR

2

xII 17.5 mm

VIII

R22 b

2

VIII 25300 mm3

xIII

4 R2

3

56

xIII 13.7

VIV

dmi2 b'

4

VIV 8180.6 mm3

xIV R l

xIV 123.5

Vxbr VI xI VII xII VIII xIII VIV xIV

Vxbr 551902.7 mm4

Vxm

dm2

R dmi2

R e( )

lm

4

Vxm 959718.3 mm4

7.85

Kg

dm3

otel( )

mb 0.465 kg

mA 0.725mb

mA 0.3

544.543 rad

s

Fbr Vxbr 109 2

Fbr 1284.7 N

Fm Vxm 109 2

Fm 2234 N

FA mA R 103 2

FA 3498.8 N

Fcot Fm 2 Fbr

Fcot 4803.3 N

57

Fr Fcot 2FA

Fr 11801 N

2. Forta de inertie necesara a unei contragreutati in cazul echilibrarii complete a Fr cot cu cot

Fc

Fr

2

Fc 5900.5 N

c 7.85106

kg

mm3

j 1.5 mm

L' 70.5 mm

L 140 mm

Se alege

R3 L R L' j

R3 33 mm =R3max

rezulta

sin3 Fc 10

3

2 c b 2 R33

R23

sin 116.82815

e mai mic decat 1 , aleg =90 grade

90 grade

R3

3

R23 3 Fc 10

3

2 sin 180

c b 2

R3 65 mm

mai mica decat R3max

sin 80180

0.98481

58

R3 65

xc2

3

sin 180

R33

R23

R32

R22

xc 0.6 mm

Vc R32

R22

b

Vc 7391847.1 mm3

Proiectarea contragreutatii in forma de segment de cerc

Calculul de verificare al arborelui cotit

1. Stabilirea elementelor de calcul

Fusurile maneton se numeroteaza consecutiv de la extremitatea din fata cu 1,2,...,i,..,iar

cele palier cu 0,1,2...i (cand alterneaza cu cele maneton).

1.1 Momentele de rasucire care solicita fusurile

- palier:

Mpj1

j

z

Mz

Mz

,Mz momentul motor dezvoltat de cilindrul z

-maneton; in cazul in care fusurile palier au aceeasi lungime :

Mmj1

j 1

z

Mz

0.5 Mj Mz

Rezulta :

59

Mp0 0

(neglijand momentul transmis instalatiilor auxiliare si anexe prin extremitatea din fata a arborelui cotit)

Mpi MrezMrez

Mpi1

i

z

Mz

Mz

a grad M1 [Nm]Mp1 [Nm]

Mm1 [Nm]

0 0 0 010 -56,47 -56,47 -28,23520 -102,27 -102,27 -51,13530 -129,13 -129,13 -64,56540 -132,9 -132,9 -66,4550 -114,3 -114,3 -57,1560 -78,36 -78,36 -39,1870 -32,91 -32,91 -16,45580 13,48 13,48 6,7490 53,48 53,48 26,74

100 82,21 82,21 41,105110 97,81 97,81 48,905120 100,96 100,96 50,48130 94,03 94,03 47,015140 80,08 80,08 40,04150 61,96 61,96 30,98160 41,83 41,83 20,915170 20,99 20,99 10,495180 7,85 7,85 3,925190 -21,07 -21,07 -10,535200 -42,2 -42,2 -21,1210 -63,12 -63,12 -31,56220 -82,03 -82,03 -41,015230 -96,95 -96,95 -48,475240 -104,98 -104,98 -52,49250 -103,05 -103,05 -51,525260 -89,44 -89,44 -44,72270 -62,73 -62,73 -31,365280 -29,45 -29,45 -14,725290 9,03 9,03 4,515300 44,06 44,06 22,03310 71,82 71,82 35,91320 72,87 72,87 36,435330 52,85 52,85 26,425340 22,85 22,85 11,425

60

350 7,32 7,32 3,66360 -0,001 -0,001 -0,0005370 171,3 171,3 85,65380 358,01 358,01 179,005390 529,43 529,43 264,715400 378,18 378,18 189,09410 262,77 262,77 131,385420 181,75 181,75 90,875430 215,27 215,27 107,635440 198,76 198,76 99,38450 166,94 166,94 83,47460 177,9 177,9 88,95470 171,55 171,55 85,775480 154,1 154,1 77,05490 134,09 134,09 67,045500 108,42 108,42 54,21510 82,42 82,42 41,21520 54,08 54,08 27,04530 27,12 27,12 13,56540 0 0 0550 -27,12 -27,12 -13,56560 -42,24 -42,24 -21,12570 -62,58 -62,58 -31,29580 -80,9 -80,9 -40,45590 -95,05 -95,05 -47,525600 -102,15 -102,15 -51,075610 -99,17 -99,17 -49,585620 -83,7 -83,7 -41,85630 -55,06 -55,06 -27,53640 -15,11 -15,11 -7,555650 31,29 31,29 15,645660 76,82 76,82 38,41670 112,89 112,89 56,445680 131,68 131,68 65,84690 128,16 128,16 64,08700 101,61 101,61 50,805710 56,133 56,133 28,0665720 0,008 0,008 0,004

min -132,9 -66,45max 529,43 264,715

Mpmax 5294.3 Nm

Mpmin 1329 Nm

Mmmax 2647.15 Nm

Mmmin 664.5 Nm

61

Mm1 0.5 Mmmax

Mm1 1323.6 Nm

Mp1 M1M1

1.2. Reactiunile de pe fusul palier

Se considera arborele echipat cu contragreutatile identice in prelungirea tuturor bratelor

In linie:

-pentru palierele extreme:

Zp0 [N] Tp0 [N]-

2182,97 0-

3749,89-

830,515-

3239,58-

1504,11-

2503,58-

1898,99-

1684,21-

1954,43-

930,181-

1680,92-

363,286-

1152,47-

54,4078-

484,071

-14,749198,337

8-

203,066 786,472-

544,7311209,09

8-

955,2481438,46

7-

1360,711484,74

8-

1710,261382,91

7-

1979,381177,73

2

62

-2165,72

911,2406

-2280,84

615,2021

-2341,02

308,6961

-2357,17

0,001155

-2350,22

-309,908

-2301-

620,637-

2206,45-

928,379-

2027,59-

1206,42-

1763,26-

1425,77-

1414,98-

1543,97-

1006,44-

1515,55-

592,621-

1315,39-

238,193-

922,512-

32,2121-

433,166-

14,9406132,929

2-

204,288648,076

8-

584,5181056,28

4-

923,5381071,72

1-

1024,79777,316

5

-723,96336,130

2-

486,275107,699

612082,9

6-

0,0197411374,5

32519,17

511339,8

35264,96

9

10264,77785,87

44792,57

95561,52

22138,44 3864,35

63

4 5842,543

22672,82

7355,823

23165,74

8-

217,3632923,05

7-

633,9052455,12

2-

1178,662616,19

3-

1675,382522,89

7-

2076,892266,21

9-

2438,841972,05

5-

2679,761594,46

4

-2880,91212,16

2-

2948,67795,335

8-

3024,91398,879

8-

3048,580,00448

3-

3024,91-

398,871-

2303,39 -621,28-

2187,34-

920,333-

1999,64-

1189,78

-1728,7-

1397,82-

1376,82-

1502,32-

968,498-

1458,41

-554,6-

1230,99-

209,079-

809,751-

16,5309-

222,292-

51,7312460,268

7-

356,1131129,72

6-

918,6911660,17

3

64

-1668,81936,57

2-

2484,881884,82

2-

3218,381494,28

3-

3727,15825,489

5-

3909,090,01277

5

min-

3909,09-

1954,43

max12082,9

67785,87

4

Zp0min 3909.09 N

Zp0max 12082.96 N

Tp0min 1954.43 N

Tp0max 7785.874 N

Rp0min Zp0min2

Tp0min2 4370.4 N

Rp0max Zp0max2

Tp0max2 14374.2 N

2. Verificarea sumara la incalzire si presiune maxima a fusurilor arborelui cotit

Se noteaza cu indice f marimile aferente unui fus , unde f->p, pentru paliere si f->m pentru manetoane.

Pentru fusurile manetoane aceste date au fost calculate cand s-a predimensionat capul bielei

-pentru paliere:

Rmmax 23149.54 N

Rmmed 8062.284 N

l'p - lungimea portanta a fusului

p - raza de racordare a fusului cu bratul

l'p lp 2 p

l'p 19.4 mm

l'm lm 2 p 22.5 mm

65

ppmax

Rmmax

dp l'p22.1

pmmax

Rmmax

dm l'm22.3

MPa

ppmed

Rmmed

dp l'p7.7

pmmed

Rmmed

dm l'm7.8

MPa

coeficientul de uzura kf :

n 5200 rpm

p 1

wp 103 p

dp n

60 14.7

m

s

,viteza periferica relativa in lagar

kf ppmed wp3 156.1

Mj

s3

,materialul antifrictiune al cuzinetilor este Bz cu Pb placat

wm 103 p

dm n

60 12.6

Mj

s3

,materialul antifrictiune al cuzinetilor este Bz cu Pb placat

km pmmed wp3 156.6

2. Verificarea de rezistenta a arborelui cotit

2.1. Fusurile palier

Fusurile palier se verifica la oboseala numai la rasucire sub actiunea momentului Mp(), precizat anterior, in sectiunile care contin concentratori de tensiuni: de racordare cu bratul cu raza p(SR) si a orificiului de ulei de diametrul d0(SU). Coeficientul de siguranta este:

Wp

dp3

16

Wp 30746.5 mm3

66

Mpmin 1329 Nm

Mpmax 5294.3 Nm

min

Mpmin 103

Wp

min 43.2

N

mm2

max

Mpmax103

Wp

max 172.2

N

mm2

v

max min

2

v 107.7

N

mm2

m

max min

2

m 64.5

N

mm2

1 0.51

1 95

N

mm2

0 1.7 1

0 161.5

N

mm2

T 2.5

q 1

1 q T 1

2.5

0.5

67

1.25

21

0 1

0.2

0.35

1

- factorul de calitate al suprafetei

ecruisare cu jet de alice

c1

v m

c 0.2

2.2 Fusurile maneton

Se verifica la oboseala atat la resucire cat si la incovoiere in SR si SU

a. Coeficientul de siguranta la rasucire sub actiunea momentului Mm()

Mmmin 664.5 Nm

Mmmax 2647.2 Nm

min

Mmmin103

Wp

min 21.6

N

mm2

max

Mmmax103

Wp

max 86.1

N

mm2

dmi

dm

0.7

68

e'2 e

dm dmi

e' 0.34

m 0.9

Wm m

dm3

16 1

dmi

dm

4

Wm 14315.4 mm3

v

max min

2

v 53.9

N

mm2

m

max min

2

m 32.2

N

mm2

T 2.5

q 0.8

1 q T 1

0.7

c1

v m

c 0.4

b. Coeficientul de siguranta la incovoiere

-in sectiunea SR:

Mimax Zp0max

lp

2b

Fbr Fc b

2

Mimax 313353.7 Nmm

Mimin Zp0min

lp

2b

Fbr Fc b

2

69

Mimin 148416.8 Nmm

Wi

Wm

2

Wi 7157.7 mm3

max

Mimax

Wi

max 43.8

N

mm2

min

Mimin

Wi

min 20.7

N

mm2

v

max min

2

v 32.3

N

mm2

m

max min

2

m 11.5

N

mm2

1 0.4r

1 264

N

mm2

0 1.51

0 396

N

mm2

2 1

01

0.3

0.78

T 2

70

q 1

1 q T 1

0.6

c1

v m

c 3.05

c. Coeficientul total de siguranta

cc c

c2

c2

c 0.4

,valori recomandate pentru motoare rapide

2.3. Bratele

Se verifica la oboseala atat la solicitari de rasucire cat si longitudinale in planul tangent la suprafata palierului, normal la planul cotului si cel de miscare, in punctul C de racordare cu fusul. Cand bratele sunt identice constructiv, solicitarea in C este aceeasi(se verifica un singur brat)

a). Coeficientul de siguranta la solicitari longitudinale

max

3 Zp0max lp b

h b2

Zp0max Fc

h b

max 74.4

N

mm2

min

3 Zp0min lp b

h b2

Zp0min

h b

min 25.4

N

mm2

p

b0.25

ref 2.15

71

h

dp1.7

h 0.95

0.7

1.09

dmi

dm

e

dm0.059

e 0.97

s 15

,acoperirea fusurilor

s

dp0.3

's 0.9

s 0.85

s 1 s 1 's

s 0.9

L Rdm

2

L 11.9 mm

L' 1.15

L' 9 mm

L L'9

0.3

L 1.12

ref h e s L

2.2

v

max min

2

72

v 49.9

N

mm2

m

max min

2

m 24.5

N

mm2

1

bratele se prelucreaza mecanic

c1

v m

c 1.8

b). Coeficientul de siguranta la rasucire

h

b6

br 0.29

Tp0max 7482

N

Tp0min 1954.4 N

max

Tp0max lp b

2 br h b2

max 24.9

N

mm2

min

Tp0min lp b

2 br h b2

min 6.5

N

mm2

v

max min

2

v 15.7

N

mm2

73

m

max min

2

m 9.2

N

mm2

p

dp0.07

ref 1.2

h

dp1.7

h 1.4

b

dp0.3

b 1

e

dm0.06

0.65

e 1.03

s

dp0.28

p h b

p 1.4

s 0.97

ref h b e s

1.7

0.7

,bratele neprelucrate mecanic

c1

v m

c 0.8

74

c). Coeficientul total de siguranta

cc c

c2

c2

c 0.7

75