proiect ccmai terminat-5 in linie
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
1/79
Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea Transporturi
Departamentul Autovehicule rutiere
Proiect
Calculul si constructia motoarelor cu ardere
interna
student: Ilea Laurentiu
grupa: 8301 a
-2012-
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
2/79
Tema de proiect
Sa se efectueze proiectarea generala pentru un motor in patru timpi (=4) racit cu
lichid, avand urmatoarele caracteristici:
1. Tip motor: cu aprindere prin comprimare MAC;
2. Putere efectiva: Pe= 68 kW;
3. Turatia nominala: n=4200 rot/min;4. Numar de cilindrii si dispunerea lor: i=5 in linie;
5. Raportul de comprimare: = 16,4;6. Coeficientul de exces de aer: =1,55;7. Procedeu de ardere: supraalimentat;8. Presiunea de supraalimentare: ps=0,2 [MPa];
Prima etapa a proiectului o reprezinta alegerea unui numar adecvat de modele similare
(min.5) si analiza particularitatilor lor constructive. Pentru a selecta modelele similare se vor
avea in vedere urmatoarele criterii:
-acelasi tip de motor
-dispunerea cilindrilor in linie
-puterea efectiva pe cilindru (poate varia cu 10%)
-turatia (poate varia cu 10%)
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
3/79
Capitolul 1
Alegerea modelelor similare
Pentru a afla puterea indicata pe cilindru se efectueaza calculul:
68,5:5=13,6kW/cilindru
Puterea pe cilindru poate varia cu 10% ,deci cu 1,36kW.Din cauza faptului ca
motoarele cu 5 cilindri in linie sunt mai rare, se va calcula puterea indicata care sa respecte
conditiile precizate pentru un motor cu 4 cilindri.
(13,61,36)*4=48,96..59,84 [kW]
Pe baza acestor informatii s-au identificat urmatoarele modele similare:
1. Volkswagen golf 1.6 turbo diesel
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 52,2kW- turatia nominala: 4500 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =23:1- alezajul: D=76,5 mm- cursa: S=86,4 mm
2. Tata Indica Vista 1.3
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 55.2 kW- turatia nominala: 4000 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =22,5:1- alezajul: D=69,6 mm- cursa: S=82 mm
3. Isuzu 117 xd coupe
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 53,7 kW- turatia nominala: 4300 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =21:1- alezajul: D=88 mm- cursa: S=92 mm
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
4/79
4. Ford Sierra 2300 gl diesel
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 50kW- turatia nominala: 4200 rot/min
- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie- raport de comprimare: =22.3:1- alezajul: D=94 mm- cursa: S=83 mm
5. Audi 80 TF
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 55,2 kW- turatia nominala: 4400 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =22.5:1- alezajul: D=79,5 mm- cursa: S=95,5 mm
6. Land rover swb 1973
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 52,6 kW- turatia nominala: 4000 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =18:1- alezajul: D=90,49 mm- cursa: S=88,9 mm
7. Mazda323 diesel 2.0 1998
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 52,9 kW- turatia nominala: 4500 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =21,7:1
- alezajul: D=86 mm- cursa: S=86 mm
8. Seat ibiza 1.9 Sdi 2000
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 50 kW- turatia nominala: 4200 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =19,5:1- alezajul: D=79,5 mm
- cursa: S=99,5 mm
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
5/79
9. Fiat Panda 1.3 multijet
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 55,2 kW- turatia nominala: 4000 rot/min
- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie- raport de comprimare: =16,8:1- alezajul: D=69,6 mm- cursa: S=82 mm
10.Lancia Ypsilon 1.3 Multijet
- cu aprindere prin comprimare- putere efectiva: 51,5 kW- turatia nominala: 4000 rot/min- numar cilindrii si dispunerea lor: i=4 in linie
- raport de comprimare: =17,6:1- alezajul: D=72 mm- cursa: S=84 mm
Se vor calcula urmatorii parametri:
-presiunea efectiva
[MPa]
-puterea litrica =
[Kw/L]
-puterea specifica
[kW/dm2]
-puterea efectiva indicata
[kW/cil]
-viteza medie a pistonului =
[m/s]
Aplicand formulele enuntate mai sus pentru toate modelel similare alese, se vor
obtine informatiile prezentate in urmatorul tabel.
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
6/79
Capitolul 2
Calculul termic
Calculul termic se face in urmatoarele ipoteze simplificatoare:
-amestec de gaze perfecte;
-evacuarea la presiunea pg=constant;
-neglijarea suprapunerii supapelor;
-supapa de evacuare se deschide in PME si evacuarea libera este asimilata cu o racire izocora;
-incarcatura proasta se incalzeste in contact cu piesele fierbinti cu T;-la inceputul admisiei, in cilindru se gasesc gaze arse reziduale ce se amesteca cu incarcatura
proaspata si rezulta amestecul initial;
-comprimarea si destinderea sunt evolutii politropice cu exponent constant;
-calculul se face pentru un ciclu teoretic in care doza de combustibil este de 1 kg.
In cazul ciclului motor real numai o parte din energia termica a combustibilului
reuseste sa se transforme in lucru mecanic dezvoltat de gaze in cilindru.Tinand seama de
conditiile in care se desfasoara transformarile care alcatuiesc ciclul real rezulta diagrama
indicata, mai mica decat diagrama teoretica, de care se leaga o serie de parametri caracteristici
ai motorului.
Diagrama indicata se poate obtine pe cale experimentala cu ajutorul indicatorului, de
unde ii vine si numele, cat si pe cale teoretica in urma unui calcul termic al proceselor izolate
din care se compune ciclul.
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
7/79
T0 298
T se alege din tabelul 2.1
Tabel 2.1
Tipul motoruluiT
[grade]
MAS
Combustibil lichid 10 ... 45
Combus-
tibil gazos
Gaze de
generator10 ... 25
Gaze
lichefiate10 ... 45
MACAdmisie normala 10 ... 25
Supraalimentat 5 ... 10
K
Temperatura de racire ,Trac,se alege cu valoare de 40K.
Avand in vedere aceste date se poate calcula :
2.1 Calculul proceselor de schimbare a gazelor
Marimile de stare initiale:ps 0.
T 10
Ts T0
ps
p0
ms 1
ms
T rac 365.515 K
Tsp Ts T 375.515 K
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
8/79
Se alege pgdin urmatorul tabel :
Tabel 2.2
Tipul motorului gp
Admisie
normala
Semirapid (1,03-1,10)
Rapid (1.03-1,15) 0p
Supraalimentat Comprex (1,01-1,07) 0p
Turbosuflanta (0,70-0,90) 0p
2.1.1Coeficientul de umplere
Se costata ca valoarea obtinuta pentru acest parametru se incadreaza in intervalul
recomandat in cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare.
Tipul motorului
MAS
Combustibil lichid 0,750,85
Combus-
tibil
gazos
Gaze de generator 0,650,70
GPL 0,750,85
MAC
Semirapid 0,800,92
Rapid 0,750,92
0p
pg 0.8 ps
pg 0.16
vpa k 1( ) 1( )[ ] pg
ps 1( ) kTsp
Ts
0.911
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
9/79
2.1.2 Coeficientul de gaze arse reziduale :
Dupa efectuarea calculului se verifica rezultatul cu ajutorul tabelului
Tipul motorului
MAS
Combustibil lichid 0,060,18
Combustibil gazos 0,050,16
MAC
Admisie normala 0,030,06
Supraalimentat 0,010,03
Se precizeaza ca Tg=900K a fost ales cu ajutorul tabelului :
Tipul motorului gT [k]
MAS
Combustibil lichid 900-1000
Combustibil gazos 750-1000
MAC 600-900
2.1.3 Temperatura la sfarsitul admisiei Ta:
Rezultatul se verifica cu tabelul :
Tipul motorului aT [K]
Admisie normala
MAS 320370
MAC 320350
Supraalimentat 330 - 400
pgTs
ps v 1( ) Tg 0.023
Ta
pa Ts
ps v 1( ) 1 ( ) 388.331 K
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
10/79
2. CALCULUL PROCESULUI DE COMPRIMARE
2.2.1 Presiunea la sfarsitul comprimarii cp
Se alege cm = 1,36 din tabelul:
Tipul motorului cm
MAS
Combustibil lichid 1,28 ... 1,37
Combustibil gazos 1,28 ... 1,38
MAC
Semirapid 1,30 ... 1,36
Rapid 1,35 ... 1,38
2.2.2 Temperatura la sfarsitul comprimarii cT
Verificarile in cazul Tcsi pcau fost facute cu ajutorul tabelului :
Tipul motorului p[Mpa] T[k]
MAS
Admisie normala 0,9-2,5 600-800
Supraalimentat 2,0-3,5 650-800
MAC
Admisie
normala
Semirapid 3,5-6,0
750-1100
Rapid 3,5-8,0
Supraali-
mentat
Semirapid 4,0-14
800-1200
Rapid 4,0-9,0
mai mic decat 9bar, valoare acceptata.
mai mare decat 800K, valoare acceptata.
pc ps mc 8.979 bar
Tc Ta mc 1 1.063 103
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
11/79
2.3. CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE
Se alege din tabelul :
Tipul motorului
MAS
Combustibil lichid 0,85-0,95
Combustibil gazos 0,95-1,40
MAC
Combus-
tibil
lichid
Admisie
normala
ID volum 1,40-1,70
ID perete 1,30-1,50
CSV, CSP 1,10-1,40
Supra- ali-
ment
ID volum 1,70-2,50
ID perete 1,50-1,70
CSV, CSP 1,30-1,70
Combustibil gazos (diesel-gaz) 1,40-2,20
=1,55 (impus in datele initiale)
Compozitia chimicaa combustibilului este formata din carbon, hidrogen si oxigen,
masa acestora insumata fiind de un kilogram pentru a facilita analiza. (1kg= c+h+o)
Masa molara a comustibiluluieste :
Se precizeaza ca se va utiliza pentru puterea calorifica inferioara a combustibilului
valoarea:
Hi
41855
kg/kmol
kg/kmol
kg/kmol
kg/kmol
c 0.85
h 0.13
o 0.01
Mc 22
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
12/79
Coeficientul de utilizare a calduriiZ se alege din tabelul :
Tipul motorului
MAS
Combustibil lichid 0,80-0,95
Combustibil gazos 0,80-0,90
MAC
Semirapid 0,65-0,75
Rapid
ID 0,70-0,88
CS 0,65-0,80
Valoarea adoptata este :
2.3.1 Compozitia gazelor de ardere
Cantitatea teoretica de aer :
Cantitatea reala de aer :
Compozitia de gaze de ardere [kmol gaze/kg comb.] :
Cantitatea totala de gaze de ardere[kmol gaze/kg comb.] ]:
z
0.
kmol aer/kg comb
kmol aer/kg comb
Lt
1 h4
c12
o32
0.210.497
L Lt 0.77
NCO2c
12
0.071
NN2 0.79L 0.608
NH2Oh
20.067
NO2 0.21 1( ) Lt 0.057
Nf NCO2 NH2O NN2 NO2 0.804
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
13/79
Participatiile molareale gazelor de ardere in amestec:f
j
j N
Nn , 1
j
jn , unde
222 ,,, NOHCOCOj
Cantitatea initiala de amestec :
Coeficientul chimic de variatie molara :
Coeficientul total de variatie molara :
Presiunea pz:
Parametrul p :
mai mare decat 1, valoare acceptata.
rezulta 1
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
14/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
15/79
Rezulta ca temperatura Tzva avea valoarea [K]:
Gradul de destindere prealabila:
2.4 CALCULUL PROCESULUI DE DESTINDERE
Se alege exponentul politropic md=1,268 si se calculeazapresiunea sitemperatura la sfarsitul destinderii:
dm
zd pp
1
d
m
zd TT
In urma inlocuirii cu valorile aflate anterior se ajunge la rezultatele urmatoare:
MPa
K
Iz1 nCO2 106985 nO274079 nN268400 nH2O 88019 7.386 104
Tz Tz1 100Iz Iz1
Iz2 Iz1 2.17 103
p
pz
pc
1.559
Tz
pTc 1.365
pd pz
md
0.598
Td Tz
md 1
1.114 103
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
16/79
2.5 Calculul marimilor indicate
Presiunea medie indicata se poate defini ca o presiune conventionala constanta,
marime care actionand asupra pistonului in timpul cursei de detenta produce un lucrumecanic egal cu lucrul mecanic al ciclului.
Presiunea medie indicatase calculeaza cu relatia:
agpidi pppp
Se alege =0,3.
Se alege d=0,94
Randamentul indicat reprezinta criteriul de apreciere a eficientei economice a ciclului
motor si caracterizeaza gradul de utilizare a caldurii in cilindrii motorului tinand seama de
toate pierderile termice , inclusiv de cedarea de caldura catre sursa rece.Se defineste ca
raportul dintre caldura ce se transforma in lucru mecanic indicat si caldura consumata prin
arderea combustibilului, pe cilindru.
Aceasta marime constituie cu criteriu de apreciere a eficientei economice a ciclului si
reprezinta cantitatea de combustibil necesara pentru a dezvolta in cilindrul motorului un lucru
pi dpiprim 1.367
Presiunea medie indicata:
Randamentul indicat:
Consumul specific indicat :
[g/kWh]
piprim
pa mc
1 p 1( )
p
md 1 1
md 1
1
mc 1 1
1
mc 1
p pg pa 1.454
i
pi
Hi
N0
R Ts
ps v 0.42
ci3600
iHi 10
3 204.986
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
17/79
mecanic egal cu 1kWh sau 1 CPh. Se exprima prin raportul dintre consumul orar de
combustibil si puterea indicata.
Presiunea medie efectiva este o presiune medie conventionala constanta care actionant
in cilindrii motorului ar produce un lucru mecanic egal cu lucru mecanic efectiv.
Randamentul efectiv alaturi de consumul specific efectiv de combustibil constituie
indicii principali de apreciere a economicitatii motorului.
Randamentul efectiv este raportul dintre caldura care se transforma in in lucru mecanic
efectiv si caldura dezvoltata prin arderea combustibilului pe ciclu.
Consumul specific efectiv de combustibil reprezinta cantitatea de combustibil care seconsuma in motor pentru fiecare unitate de putere efectiva intr-o ora. Uzual aceasta marime se
exprima in g/kWh sau gf/CPh.
2.6 Calculul marimilor caracteristice efective
Presiunea medie efectiva:
Randamentul efectiv:
Consumul specific efectiv [g/kWh]:
Consumul orar de combustibil [kg/h]:
m 0.85
pe mpi 1.162
e mi 0.357
ce3600
eHi 10
3 241.16
Ch ce10
3
Pe 16.399
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
18/79
Dimensiunile fundamentale ale motorului sunt alezajul(D) si cursa(S) care determina
cilindreea, intre aceste doua marimi existant o stransa dependenta.
Cu ajutorul modelelor similare alese la inceput, se determina valoarea parametrului prin mediere, astfel obtinandu-se valoarea:
Alezajul [mm]:
Se alege prin rotunjire D=73mm.
Cursa [mm]:
Se alege prin rotunjire S=80mm.
Se face precizarea ca in cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare la care turatia
este limitata, solutia motorului cu cursa scurta nu este avantoajoasa deoarece impune o
supradimensionare a acestuia (marind masa specifica) si compromite durabilitatea.
Volumul cilendreei unitare [l] :
Volumul total [l] :
2.7 Calculul dimensiunilor fundamentale :
1.1
D
330 4 4 Pe
pe i n 10
2 72.875
S D 80.162
Vs
Da2
4S
a 10 6( ) 0.335
Vt i Vs 1.674
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
19/79
Acceleratia medie a pistonului [m/s2] :
Presiunea efectiva [MPa] :
Puterea litrica [kW/l] :
Puterea litrica constituie criteriul de apreciere a gradului de utilizare a cilindreii si se
exprima prin raportul dintre puterea efectiva a motorului si cilindreea totala a motorului.
Puterea specifica [kW/dm2] :
Puterea efectiva [kW/cil] :
Factorul principal care caracterizeaza regimul al motorului este puterea efectiva, care
la randul sau depinde de cuplul motor si de viteza unghiulara de rotatie a arborelui cotit,
respectiv de turatia acestuia.
WpmS n
3010
3 11.223
peprim
30 4 Pe
Vsi n 1.161
Pl
Pe
Vt
40.618
Ps
P
e
104
i Da
2
4
32.494
Pei
Pe
i13.6
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
20/79
2.8 Bilantul energetic
Bilantul energetic al motorului evidentiaza distribuirea caldurii disponibile intre
echivalentul caloric al lucrului mecanic efectiv si diferitele pierderi.
Ecuatia bilantului energetic se poate prezenta sub forma generala:
Q=Qe+Qr+Qin+Qrez [kJ/kg]
unde Q este caldura transformata in lucru mecanic efectiv;
Qeeste caldura tranformata in lucru mecanic efectiv;
Qreste caldura pierduta prin racire;
Qineste caldura pierduta in plan intern;
Qrezeste termenul rezidual al bilantului si insemeaza toate pierderile care nu sunt
cuprinse in termenii enumerati.In ecuatia de bilant lipseste termenul care tine seama de consumul de energie
echivalent pierderilor mecanice. Acesta se explica prin faptul ca energie consumata prin
frecare se transforma din nou in energie termica si se evacueaza de la piesele incalzite catre
mediul de racire ( fiind luata in considerare prin termenul Q r) sau se elimina cu uleiul de
ungere (luandu-se in considerare prin termenul Qrez).
Bilantul energetic se determina mai exact pe cale experimentala, dar poate fi alcatuit si
pe baza datelor calcului termic al motorului.
[kJ/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
K
K
Q cePe Hi 10 3 6.864 105
Qe eQ 2.448 105
Qrp 2000 Pe 1.36 105
Qr
Qrp
Ch
8.293 103
Qin 0
Tev Td
p0
pd
md 1
md
763.512
TevmediuTev Td
2938.947
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
21/79
Se ve realiza interpolarea intre valorile temperaturii de T=900K, respectiv T=1000K.
Pe baza acestor valori rezulta Ig:
Energia se distribuie in sistem dupa cum urmeaza [kJ/h] :
Din punct de vedere procentual [%]:
[kJ/h]
[kJ/h]
[kJ/h]
%
%
%
%
ICO2p
42758 37393( ) Tevmediu T2 100 37393 3.948 10
4
IH2Op
36012 31919( ) Tevmediu T2 100
31919 3.351 104
IN2p
30111 23868( ) Tevmediu T2 100
23868 2.63 104
IO2p
31329 27872( ) Tevmediu T2 100
27872 2.922 104
Ig nCO2 ICO2p nH2O IH2Op nO2IO2p nN2IN2p 2.828 104
I0
8713 5805( ) T0 200 100 580 3.43 10
3
Qg NfIg N0I0 Ch 3.294 105
Qrez Q Qe Qr Qg Qin 1.039 105
Qf Qe Qr Qin Qrez Qg 6.864 105
qe
Qe
Q100 35.666
qrez 2
qg
Qg
Q100 47.99
qr 100 qe qg qrez 14.344
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
22/79
CAP. 3 CALCULUL DINAMIC
Mecanismul motor este mecanismul fundamental al motorului care realizeaza
transformarea energiei termice in lucru mecanic. El este alcatuit din parti fixe (bloculmotorului, chiulasa, baia de ulei si echipamente de imbinare) si din parti mobile (pistonul cu
segmentii si boltul, biela, arborele cotit).
3.1 Alegerea tipului de mechanism biela-manivela
Se alege mecanismul biela-manivela de tip normal axat, pentru simplificarea
aparatului matematic, seria Fourrier a fortelor de inertie ale maselor cu miscare de
translatie aferente echipajului mobil al unui cilindru t
F continand armonicile de ordin
p impar, 1p (p=3, 5, 7,).
Avand in vedere ca:
unde,
-mgpreprezinta masa grupului piston
-mpreprezinta masa pistonului
-ms reprezinta masa segmentilor
-mbreprezinta masa bolt
Pe baza intervalelor de valori recomandate pentru marimile mgp si mLraportate, se vor
stabili masa tatala a ansamblului piston-biela. Se face precizarea ca masa bielei se noteaza cu
mL.
Se alege valoarea raportului 13.
g
mgp mp ms mb
mgp
Da 10 1
2
4
12..32
mgp
Da10 1
2
4
13 544.1
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
23/79
Se considera :
Pe baza maselor stabilite se poate calcula mt, masa totala a ansamblului piston-biela:
Se alege mt=694g.
3.2 Diagrama polara si diagrama de uzura a fusului maneton
Diagrama polara a fusului maneton reprezinta variatia ca marime si directie a forteiaplicata de biela suprafetei fusului
mR si serveste la verificarea sumara la presiune maxima,
incalzire si incovoiere a fusului.
Forta aplicata de biela este suma intre forta de inertie a partii bielei in miscare de
rotatie A
F , forta in lungul manivelei si forta tangentiala.
TZFRAm
2RmF
aA
Se alege valoarea raportului 13
g
g
g
g
g
g
mL
Da 10 1
2
4
10..5
mL
Da10 1
2
413 544.1
mgp mp 0 2..0 4( ) mp mp1 26
mp
mgp
1.26431.826
ms 22.27
mb 90
mtcalculat mgp 0.275 mL 693.728
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
24/79
ba mm 725,0
ma =0,3944 [kg]
Fa= 3051,7 [N]
Valorile fortei aplicata de biela se tabeleaza in functie de unghiul de rotatie a
arborelui cotit, din tabel rezultand forta maxima si cea medie.
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
25/79
Rm,max=48608,14[N]
72
mmedm
RR
Rm,med= 7521,36[N]
Folosind valorile tabelate se traseaza diagrama de variatie a forteim
R .
Figura3.1 Variatia fortei aplicata de biela fusului maneton
in functie de pozitia arborelui cotit
Pentru a trasa diagrama polara a fusului maneton, in sistemul de coordonate solidar cu
manivela Z-T se reprezinta pentru fiecare unghi perechile de valori Z si T prin cate un
punct, apoi se unesc punctele.Diagrama de uzura a fusului maneton reprezinta, exagerat, forma fusului in sectiune
transversala la un anumit grad de uzura si serveste la stabilirea pozitiei optime a orificiului de
ulei (in zona de uzura minima). Seconsidera uzura direct proportionala cu valoaream
R
considerata uniform distribuita pe un arc din periferia fusului de 120 ( 60 fata de punctulde aplicatie al
mR ).
Pentru trasarea diagramei de uzura se intocmaeste un tabel ajutator in care se introduc
valorilem
R in [mm] pentru diferite unghiuri din 30 in 30 . Aceste valori se determina
pe baza diagramei polare cu formula:
22 TFZRAm
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
26/79
Tabel 3.2 Variatia marimilor T si Z cu
[RAC] T[N] Z[N]
[RAC] T[N] Z[N]
0 0 -6391,26 369 10058,56 50607,81
9 -1221,01 -6143,31 378 19080,1 46221,35
18 -2246,14 -5441,26 387 6537,813 9871,202
27 -2915,6 -4402,15 396 4018,979 4096,888
36 -3134,03 -3194,79 405 2923,853 2033,488
45 -2885,27 -2006,66 414 2107,471 952,9412
54 -2230,57 -1008,61 423 1681,086 423,1735
63 -1291,56 -325,12 432 1556,549 115,5455
72 -222,463 -16,5139 441 1956,603 -181,352
81 821,2196 -76,1165 450 2396,588 -618,796
90 1710,184 -441,568 459 2811,377 -1210,51
99 2359,137 -1015,78 468 3113,481 -1927,03108 2732,431 -1691,18 477 3115,361 -2602,14
117 2838,577 -2370,95 486 2930,33 -3216,87
126 2717,359 -2983,08 495 2531,097 -3639,34
135 2424,266 -3485,73 504 2043,762 -3917,68
144 2016,363 -3865,16 513 1548,059 -4144,22
153 1542,163 -4128,43 522 1030,502 -4269,61
162 1036,411 -4294,1 531 511,543 -4316,41
171 519,4302 -4382,96 540 1,59E-12 -4322,77
180 5,4E-13 -4410,67 549 -506,614 -4274,81
189 -521,402 -4399,6 558 -1010,8 -4188
198 -1040,35 -4310,42 567 -1503,84 -4025,83
207 -1548,06 -4144,22 576 -1965,48 -3767,62
216 -2043,76 -3917,68 585 -2361,14 -3394,97
225 -2531,1 -3639,34 594 -2642,53 -2900,93
234 -2930,33 -3216,87 603 -2752,91 -2299,4
243 -3115,36 -2602,14 612 -2637,17 -1632,22
252 -3113,48 -1927,03 621 -2255,99 -971,372
261 -2811,38 -1210,51 630 -1601,36 -413,47
270 -2396,59 -618,796 639 -709,402 -65,7524279 -1956,6 -181,352 648 334,1889 -24,8075
288 -1556,55 115,5455 657 1399,809 -352,369
297 -640,243 161,166 666 2331,822 -1054,39
306 -744,531 336,6564 675 2976,039 -2069,78
315 -1352,88 940,9011 684 3211,075 -3273,32
324 -2833,72 2888,657 693 2976,078 -4493,47
333 -4211,68 6359,057 702 2287,791 -5542,15
342 -5304,7 12850,58 711 1242,243 -6250,12
351 -4016,22 20206,9 720 3,19E-12 -6500,08
360 -9E-12 36776,82
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
27/79
Pe baza acestor datelor din tabelul 3.2 se costruieste diagrama polara.
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
28/79
Capitolul 4
Pistonul
Pistonul lucreaza in conditii de temperatura si presiune ridicate fiind supus unor
importante solicitari mecanice si termice. In acelasi timp sub efectul presiunii gazelor si afortelor de inertie, asociate cu dificultatea realizarii unei ungeri lichide, lucrul mecanic de
frecare capata valori insemnate determinand o intensa uzura a pistonului si a cilindrului ( din
totalul pierderilor mecanice, pierderile prin frecare ale pistonului reperezinta aproximativ
50..60%).
In procesul de lucru pistonul indeplineste urmatoarelefunctii:
1) preia forta de presiune a gazelor si lucrul mecanic prestat de acestea si le transmite
arborelui cotit prin intermediul mecanismului motor;
2) preia reactiunile determinate de biela si le transmite suprafetei cilindrului;
3) asigura cu ajutorul segmentilor etansarea camerei de ardere;4) serveste ca mijloc de transmitere a caldurii la peretii cilindrului si chiar la aerul din carter;
5) impreuna cu segmentii asigura reglarea cantitatii de ulei pe oglinda cilindrilor.
Din prezentarea conditiilor de lucru si a functiilor sale rezulta cerinteleurmatoare:
1) inalta rezistenta statica si dinamica;
2) mentinearea rezistentei la temperaturi ridicate;
3) masa mica pentru micsorarea fortelor de inertie;
4)coeficient mic de frecare;
5) rezistenta inalta la uzura ;
6)lipsa de zgomot;
7) concordanta dilatarii termice a pistonului si a cilindrului.
Din punct de vedere functional pistonulse compune din:
a) capul pistonului;
b) regiunea portsegment;
c) manta;
d) bosaje pentru bolt.
Capul pistonuluieste partea care inchide spatiul cu volum variabil al camerei de
ardere si preia presiunea gazelor. Pentru a i se mari rigiditatea partea interioara se nervureaza,
fapt ce favorizeaza evacuarea caldurii.
Regiunea portsegment este partea pistonului care contine canalele in care se introducsegmentii.Aceasta zona se executa cu diamentru variabil marindu-se catre partea inferioara a
pistonului.
Mantaua pistonuluitransmite forta normala N peretilor si ghideaza pistonul in
miscarea sa.
Bosajele pistonului pot fi plasate axat sau dezaxat.In cazul m.a.c, din cauza unor
conditii mai grele de lucru, pistoanele sunt de constructie mai robusta. Nu se practica taierea
mantalei ci, pentru preluarea jocului , mantaua se confectioneaza de forma eliptica.
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
29/79
4.1 Adoptarea dimensiunilor pistonului
Se adopt urmtoarele dimensiuni, cunoscndu-se :
mm
mDa 73
Sa 80 m
m
D0.055 m 0.055 Da m 4.015 m
d
D
0.3 d 0.34 D
a
d 24.82 m
du
d1.6 du 1.6 d du 39.712 m
Hu 4.5
Hp
D1.11 Hp 1.11 Da Hp 81.03 m
Hc
D0.75 Hc 0.75 Da Hc 54.75 m
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
30/79
4.2 Calculul de verificare
a)Verificare la regiunea port segmeni, canalul de ungere (verificare statica la comprimare
sub actiunea pmax)
=
Lm
D0. Lm 0.7 Da Lm 51.1 m
D0.2 0.2 Da 14.6 m
H1
D0. H1 0.2 Da 14.6 H1 14.6 m
H 2 m
H2
D0.05 H2 0.05 Da H2 3.65 m
B
D0.43 B 0.43 Da B 31.39 m
Dsu Di
2 D 0.12 Dsu Di 2 D( ) 0.12Dsu 0.16 2 Da 23.36 m
Fgmax 58176.87 N
Dsu 66 Di Dsu 0.18 2 Da 39.72
dsu 2 m
z 8
Asu
4Dsu
2Di
2 z dsuDsu Di
2 1.972 103 mm
2
c
Fgmax
Asu
29.504 MPa 4
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
31/79
b) Verificarea la incovoiere
c)verificarea la mantaua pistonului
d) verificarea umerilor la forfecare
kg
kg
kg
mgp 0.54
mp 0.43
mps1
3mp
mps 0.144
R 0.0 m
439.8
rad
s
0.25
su mpsR 2 1 ( )
1
Asu
0.706 MP
Nmax 3863.81 N Aevazare 145 mm2
pmmax
Nmax
45 73 Aevazare 1.231 MPa
prim
1
2
Fgmax
4du
2d
2
38.539 MPa
tc 115
t0 20
tp 500
c 0.004 Da 0.292 m
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
32/79
c.prim 0.003 Da 0.219 m
m 0.0015 Da 0.11 m
m.prim 0.0008 Da 0.058 m
c 11 10 6 K 1
p 20 10 6 K 1
Dcp
D 1 c tc t0 c.prim1 p tp t0
72.04 m
DmD 1 c tc t0 m.prim
1 p tp t0 72.199 m
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
33/79
Capitolul 5
Boltul
Boltul sau axul pistonului este organul de legatura prin intermediul caruia se transmite
forta de presiune de la piston la biela asigurand miscarea relativa dintre cele doua organe.In timpul functionarii, din cauza fortelor cu caracter variabil care actioneaza, boltul
executa o miscare alternativa de translatie in directia axei cilindrului. Totodata, ca urmare a
actiunii fortelor de frecare, boltul executa si o miscare de rotatie partiala sau totala, in afara
cazurilor cand e fixat in umerii pistonului.
Boltul este supus unor solicitari mecanice importante datorita fortei de presiune a
gazelor si fortei de inertie, variabile ca marime si directie. In anumite perioade boltul este
supus unor solicitari prin soc. Aceste forte provoaca incovoierea boltului in plan longitudinal
si ovalizarea in plan transversal. Marimea si caracterul variabil al sarcinilor mecanice solicita
boltul la oboseala.In afara acestor solicitari boltul este supus uzurii intense datorita uzurii intense datorita
dificultatilor de ungere care determina un regim termic ridicat (80..100C), datorita
deformatiilor si socurilor care intrerup pelicula de ulei, mai ales in cazul jocurilor mari.
Se impun urmatoarele conditii:
1) masa mica, deoarece participa la fortele de inertie;
2) inalta rezistenta la incovoiere si la soc;
3) rezistenta inalta la uzura pentru suprafata de lucru;
4) rezistenta la oboseala;
5) deformare minima.
Constructiv boltul este de forma tubulara, putand fi realizat in diferite variante. Cea
mai utilizata este forma cu sectiune constanta fiind si cea mai simpla de realizat tehnologic.
Folosim Otel aliat conform STAS 791-80 40 Cr 10.
n=300 N/mm2
1=360 N/mm2
0=570 N/mm2
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
34/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
35/79
5.1 Alegerea dimensiunilor boltului
Diametrul boltului:
Diametrul alezajului:
Lungimea boltului:
mm
mm
mm
d
Da
0.36 db Da 0.343 25.039 dbales 25
b
di
d0.55 di dbales0.55 13.75 diales 14
l
Da
0.83 lb Da0.83 60.59 lbales 69
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
36/79
Jocul dintre umeri si piciorul bielei:
Lungimea de sprijin in piciorul bielei:
Lungimea de sprijin in umerii pistonului:
Distanta dintre umerii pistonului:
Forta:
mm
mm
mm
mm
j 1
llb
Da
0.4 llb Da 0.4 29.2 llbales 2
lbales 2 llpales llbales 2 j llpaleslbales llbales 2 j
219
B llb 2j
B llbales 2 j 31
F
Da2
4 pmmax mps R 2
1
1
4
3.757 103
N
F
2 lu dbales 3.955 MPa 40
pb
F
dbalesllb 5.147 MP 50
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
37/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
38/79
Unde
este coeficientul efectiv de concentrare; 1 ;
este coeficientul de calitate a suprafetei; pentru bolturile calite si
lustruite 5,1 ;
reprezinta factorul dimensional; pentru bolturi cu diametru exterior de
20 mm din otel carbon fara concentratori 85.0 ;
21 100 mm
N ;
maxmax i
.
2
minm ax
n este amplitudinea eforturilor unitare;
2
minma x
n este efortul unitar mediu;
001 /2
b)verificarea la forfecare se face tinand cont de faptul ca forta taietoare maxima se
realizeaza in zona jocului dintre piciorul bielei si umerii pistonului, iar efortul unitar maxim la
periceria boltului in plan normal la axa pistonului.
v inc.max 66.168
c 1
v
1.927 1
0.85F 1 0.55 0.552
dbales2
1 0.554
10.42
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
39/79
c)verificarea la ovalizare
K
K
K
Temperatura la care este incalzit pistonul Tpm
k 1.5 15 0.55 0.4( )3 1.449
max
F k
lbalesdbales 0.19
1 2 0. 55( ) 1 0.55( )
1 0.55( )2 0.55
1
1 0.55
24.546 300
prim
0.001 d
bales
0.025
E 21 104
f0.09 F k
E lbales
1 0.55
1 0.55
3
1.382 10 3
f prim
2
b 11 10 6
p. 21 10 6
Tb 425
Tp 470
T0 298
prim dbales
b Tb T0 p. Tp T0 1 p. Tp T0
0.03
T0
dbales p. 355.547
Tpm 365.5
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
40/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
41/79
Capitolul 6
Segmentii
Segmentii sunt piese inelare de diferite sectiuni, montate in locasuri destinate anume
in piston, avand functia de a realiza etansarea camerei de ardere, de a regla cantitatea de uleide pe oglinda cilindrului si de a transmite caldura de la piston la cilindru. Pentru a implini
aceste functiuni, pe un piston se monteaza doua tipuri de segmenti: segmenti de compresiune
care servesc in principal pentru indeplinirea functiilor de etansare a gazelor si segmenti de
ungere sau raclori care servesc pentru colectarea si indepartarea surplusului de ulei. In ambele
cazuri functiile pot fi asigurate daca segmentii exercita in orice punct al oglinzii cilindrului o
presiune determinata. De aceea o prima calitate care se impune segmentilor este elasticitatea
lor care trebuie sa se mentina si in timpul exploatarii.
Temperatura segmentilor in timpul functionarii atinge valori de 450..400 C, primul
segment numindu-se si segment de foc. La temperaturi ridicate se inrautatesc calitatilematerialului si astfel se intensifica uzura si se compromite etansarea. Totodata au loc
transformari ale calitatii uleiului si ungerea devine nesatisfacatoare, accelerandu-se formarea
depunerilor care pot bloca segmentul in canal. Se urmareste mentinearea temperaturii
segmentului la valoarea de 250 C considerata admisibila.
Proprietatile materialului din care se construiesc segmentii sunt:
Segmentul de compresie va avea sectiunea dreptunghiulara, cu muchile tesite pe
inaltimea1h pentru a evita raclarea excesiva a uleiului. S-a ales sectiunea dreptunghiulara
datorita simplitatii constructive. Dar segmentii cu sectiune dreptunghiulara aplica o presine
limitata pe peretii cilindrului si necesita un timp indelungat de rodaj, din cauza ariei periferiei
MPa
Mpa
K-1
r 370
Es 10
5
s 12 10 6
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
42/79
6.1 Segmentii de compresie
Pentru alezajul mmD 73 se aleg conform SR ISO 6625:1998, inaltimile h c, 1h ,
2h si grosimea radiala a c:
apartine 30..78mm
mm
sau mm
mm
mm
mm
sau
Da 73
ac 1.25..3. ac 3
hc 2 hs 2.5 hc 2.5
sc 0.15..0.3 sc 0.2
h1 0.2 h1 0.2
h2 0.2 h2 0.2
Ft 14Ft 6.5..17.8Ft 5.2..14.3
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
43/79
6.2 Segmentul raclor
6.3 Calculul de verificare
,presiunea medie elastica
apartine 63..88mm
mm
sau mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
, pentru procedeul de montaj Ghintburg
Da 73
au 2.
hu 4 hu 5 hu 4
su 0.2..0.2 su 0.2
a1u 0.8.. a1u 0.8
h1u 0. sa h1u 0.9 h1u 0.7
h
2u
0.25 h
2u
0.25
h3u 1 sa h3u 1.2 h3u 1
r 0. 2. .0. r 0.3
Fu 9..20. sa Fu 13.7..26.
122
hhD
Fp tE
pE
2 Ft
Da hc 2 h1 0.183 MPa
kc 1.
mg 0.5
Da
ac
24.333
au 2.1..2.6
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
44/79
Rostul de dilatare
1) in stare libera
3
2 1
4
31
1
2
a
D
a
D
E
p
a
D
mE Em
m
2 mg E
Da
ac
1
21
3 pE
3 E
Da
ac
Da
ac
1
3
282.011
N
mm2
1132
2
a
DkpEf
f
pEkc
23
Da
ac
1
2
1
253.422
N
mm2
D
a
D
E
pCS E
3
0 1
4
33
Cd 0.195
D
a
D
E
pCS E
3
0 1
4
33
S0
3. 3 Cd 4
pE
E
Da
ac
1
3
6.598 m
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
45/79
2)in functionare
3)la montaj
K
K
K
Jocurile segmentilor in canal
Pentru D = 60..120 mm
mm
mm
Se alege mm
mm
Sprim 0.002 Da 0.146 m
0
00
1 TT
TTTTDSS
SS
cilcilSS
Tss 525
Tcc 11 5 27 3 388
c 1. 1 10 5
s 1. 2 10 5
T0 298
Smontaj
Sprim Da s Tss T0 c Tcc T0 1 s Tss T0
0.058 m
hprim 0.041..0.08
aprim 0.8..1.
hprim 0.0
aprimm 1.1
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
46/79
Cap.7 Biela
Biela impreuna cu arborele cotit transforma miscarea de translatie a pistonului in
miscare de rotatie.Se va adopta ca material pentru fabricarea bielei, OLC 45 STAS 880-8011
avand urmatoarele caracteristici mecanice:
-modulul de elasticitate
2
41021
mm
NE
-coeficientul de dilatare termica
K
110
5
7.1 Piciorul bielei
r 80 MP
c 49 MP
Ar 1 %
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
47/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
48/79
b)Efortul unitar maxim produs de forta care comprima biela
Efortul de comprimare a piciorului bielei se considera maxim in fibra exterioara,
in zona de racordare la unghiulp
. Acest efort este dat de forta de comprimare generata
de presiunea maxima a gazelor din camera de ardere.
2 M6 r hp
hp 2 r hp N
1
bp hp 10.694 e 2 M
6 r hp
hp 2 r hp N
1
bp hp 34.472
e 2 M6 r hp
hp 2 r hp N
1
bp hp 34.472 MP a
m
Fc D
2
4pmax Fi 5.333 10
4 N
D 73MPapmax 14
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
49/79
c) Eforturile unitare produse de bucsa presata in picior
Efortul de fretaj in fibra exterioara este dat de presiunea de fretaj si dimensiunile
piciorului bielei:
Pe baza graficului Rezulta marimile
N0.prim
Fc
0.003 N0.prim 3 10 3
Fc 160.001 N
M0.prim
Fcr 0.00 M0.prim 0.0011 Fc r 880.008
N.prim N0.primcos ( ) Fcsin ( )
2
sin ( )
1
cos ( )
710.266 N
M.prim M0.prim N0.primr 1 cos ( )( ) Fcr sin ( )
2
sin( )
1
cos ( )
M.prim 9.134 103
Nm
i.prim 2 M.prim6 r hp
hp 2 r hp N.prim
1
bp hp 76.275
e.prim 2 M.prim6 r hp
hp 2 r hp N.prim
1
bp hp 51.567
K 1
C
K 1
C
t bol? OL d t t0 2.875 10 3
m
m mmdi 14 0.3m 0.008
t 135bolt 12106
t0
20OL
11106
MPa
MPa
Nmm
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
50/79
Presiunea de fretaj este:
Efortul de fretaj este mai mic decat efortul admisibil MPaf
100 , deci
piciorul bielei rezista si la efortul generat de bucsa presata intre bicior si bolt.
d) Coeficientul de siguranta la oboseala
Fibra exterioara din sectiunea de incastrare este fibra cea mai obosita, eforturile
unitare maxime si minime fiind:
fi
maxmax
fc
maxmin
pfm t
d
de
2
d
2
de
2d
2
E
d
2
di
2
d
2di
2
E
19.124
e.f pf2 d
2
de2
d2
35.627 MP
i.f pf
de2
d2
de2
d2
54.751 MP
MPmax e e.f 70.098
min e.prim e.f 15.94
m
max min
2 v
max min
2
0.21
0.95
0.75
1
1 230
MPa
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
51/79
Coeficientul de siguranta la oboseala este dat de relatia:
e) Verificarea deformatiei
Pentru o functionare corespunzatoare a mecanismului, sageata bielei in planul
normal nu trebuie sa fie mai mare de jumatate din deformatia boltului..
7.2 Capul bielei
Capul bielei asigur mbinarea cu fusul maneton al arborelui cotit. De regul estesecionat perpendicular pe axa tijei sau la un anumit unghi, astfel nct s poat trece princilindru.
c1
v min
4.033
Ip
bp
12de
3d
3 7.499 10
4
p
8 Fi r3
106
E Ip 1 90
2 8 .1 19 1 0
6
b 0.0015d 0.038
m
dm 0.59D 43.07 m
lm 0.6dm 25.842 m
mhcu 1.5
D 73
http://ro.wikipedia.org/wiki/Cilindru_motorhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cilindru_motor -
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
52/79
Viteza unghiulara maxima ma x
reprezinta viteza bielei la turatie maxima.
In cazul unui motor MAC turatia maxima este 1.1np.
Forta care actioneaza asupra fiecarui surub depinde de forta de maxima de intindere a
capului bielei ic
F .
kg
kg
mLM 0.75mL 0.408 k
mLC 0.3mLM 0.122 k
rp
nmax 1.1np 4 .6 2 1 03
rp
max
nmax
30
483.805 rad
s
Fic mt 1 ( ) mLM mLC R max2
1 .08 1 04
N
dc dm 2 hcu 46.07 m m
hc
dce dc
24.965 m
Sc hclm 128.306
Scu hculm 38.763
kNSc
Sc Scu 0.768
Ic
hc3
lm
12263.574
Icu
hcu3
lm
127.268
kM
Ic
Ic Icu 0.973
grade 120
mm4
mm4
mm2
mm2
dce 56
np 4200
mL 0.544
mt 0.694
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
53/79
Deformaia maxim perpendicular pe axa bielei:
N0 10 3
Fic 792 3( ) 4.664 103
N
lcdce dc
251.035
M0 10 3 Ficlc
2 0.83 62( ) 1.036 10
4
Wc
lmhc2
6106.173
ic
kMM0
Wc
kNN0
Sc 122.86 MP
E 2.1 105
MP
c
1.5Fic dc3
106 E Ic Icu 90( )
2 0.025 m
c 0.0012dm 0.052 m
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
54/79
7.3 Corpul bielei
Hp-grosimea sectiunii corpului bielei in zona piciorului;
Hc- grosimea sectiunii corpului bielei in zona capului;
Lb - lungimea bielei;
m
mm
dm 0.5D 36.5 m
dc dm 2 hcu 42.5 m
Hp 0.7dc 29.75 m
Hc 1.25Hp 37.187 m
Hm
Hp Hc
233.469 m
Bc 0.77Hc 28.634 mBp 0.8Hp 23.8 m
ap 0.17Hp 5.058 m ac 0.175Hc 6.508 m
hp 0.680Hp 20.23 m hc 0.680Hc 25.287 m
ep 0.59Hp 17.552 m ec 0.590Hc 21.941 m
Bm
Bp Bc
226.217 m
am
ap ac
25.783 m
hm
hp hc
222.759 m
em
ep ec
219.747 m
hcu 3D 73
d 25
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
55/79
L prim- lungimea corpului bielei;
Hm - grosimea medie a sectiunii corpului bielei;
B- latimea sectiunii corpului bielei in zona piciorului;
Verificare la oboseal prin ntindere-compresiune:
1) n seciunea minim:
a- grosimea benzilor ce alcatuiesc forma a sectiunii;
mgp 0.54 kg R 0.0 439.8 rad
s
0. 2 pmax 14 MP a
Fin mgp R 2
1 ( ) 5.262 103
N
Fcpr D
2
4pmax Fin 6.386 10
4 N
Sm apBp 2 hpap 343.05 mm2
m.min
Fin
Sm
15.338 MP
1m.max
Fcpr
Sm
186.145 MP a 0. 7
0. 9
v
m.max m.min
2
100.741 MP
0.21 23 MPm
m.max m.min
285.404 MP
c
1
v m
1.444
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
56/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
57/79
SM Bm am 2 Hm 2 am am 429.87
M.min
Fint
Sm
19.567 MP a
max.oscila?ie 1 l0
2SM
Iz
Fc
SM
157.148 MP a
max.ncastrare 1 lc
2SM
Iy
Fc
SM
195.374 MP
m.o
max.oscila?ie
M.min
268.791 MP
v.o
max.oscila?ie M.min
288.358 MP
m.cmax.ncastrare M.min
287.904 MP a
v.c
max.ncastrare M.min
2107.471 MP a
c.ncastrare
1
1 v.c m.c
1.359
c c.oscila?ie c.ncastrare 0.303
c.oscilat ie1
1v.o m.o
1.661
mm2
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
58/79
7.4 Surubul de biela
uruburi
Dimensionare la limita de curgere pentru materialul 50VCr11
Conform tabelului se alege urubul M8:
pentru zona filetat
Pentru zona nefiletat :
Fic 1.08104
N
Fs
Fic
z5. 4 10
3 N
Fs.prim 0.15Fs 810 N
F0 2 Fs 1 .0 8 1 04
N
Fmax F0 Fs.prim 1.161 104
N
c 95 MP a c 2.
ds
4 c Fmax
1.15 c 6.044 m
d 6.6 m
p 1. 2 m
max
Fmax
d2
4
335.279 MP
min
F0
d2
4
311.887 MP a
MP a 5.v
m0.036
1
c0.316
1
c
c
v m
2.352
0.2
0.8
1 300
z 2
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
59/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
60/79
Cap.8 Arborele cotit
Arborele cotit transform micarea rectilinie a pistonului, prin intermediul boluluipiston i pendularea bielei, n micarea de rotaie. Arborele cotit a primit aceast denumire,datorit configuraiei axei sale, care cotete alternativ de la un fus palier la un fus maneton inapoi la fusul palier. Arborele cotit se confecioneaz prin dou procedee: prin turnare sauforjare.
Arborele cotit turnat, se confecioneaz din font aliat, modificat prin operaia deturnare, sauoelde calitate cu coninut mediu decarbon.La arbori mai solicitai, se utilizeazoeluri aliate cu Cr,Ni, etc. care au o rezisten la rupere superioar. Arborele cotit esteconfecionat din aceste materiale pentru a rezista la solicitrile de ncovoiere, rsucire iuzur. Arborii cotii de mrime mai mic snt forjai din oel.
Dup turnare sau forjare, arborele cotit este prelucrat mecanic, urmat de tratareasuprafeelori de frecare. Arborele cotit poate fi dintr-o singur bucat sau asamblat din maimulte buci dup care este echilibrat. n interior, majoritatea arborilori cotii snt prevzui cucanale de ungere, prin care circul ulei sub presiune ntre fusurile paliere i fusurilemanetoane. La capete este prevzut cu guri de centrare, cu ajutorul crora poete fi montatntre vrfuri pentru prelucrare.
Arborele cotit este prevzut cu fusuri manetoane coaxiale, i cu fusuri paliere prinintermediul crora arborele se sprijin pe lagrele paliere n blocul motor sau carcas. La cel
puin unul dintre aceste lagre paliere, arborele cotit esteprevzut perpendicular pe axa lui cuo suprafa prelucratpentrucuzineiaxial. Legtura dintre fusuri paliere i fusuri manetoaneeste fcut de braele manetoane n prelungirea crora se gsesc contragreutile (turnate sauaplicate) care folosesc la echilibrarea i la rotirea lin, a arborelui cotit.Pentru ca arborele cotit s se nvrteasc ct mai uniform i lin, deci pentru ca motorul sfuncioneze ct mai silenios, se efectueazechilibrarea arborelui cotit. Partea arborelui cotit
prin care se transmite micarea la utilizator (lamotoarele cu ardere intern)se numete parteaposterioar, i este prevazut cu posibilitatea de fixare a unui pinion (pentru distribuie sauangrenaj pentru anexe)ivolant,sau numai volant, n funcie de construcia motorului. Lacellalt capt, numit partea frontal, la fel sunt prevzute posibiliti de fixare a unui pinion(pentru distribuie sau angrenaj pentru anexe) i amortizorul de torsiune, sau numaiamortizorul n funcie de constructia motorului.
http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Turn%C4%83torie&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Forjarehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cromhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Nichelhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cuzinethttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cuzinethttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cuzinethttp://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_cu_ardere_intern%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Roat%C4%83_din%C8%9Bat%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Mecanismul_de_distribu%C8%9Bie_al_motoarelor_cu_ardere_intern%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Mecanismul_de_distribu%C8%9Bie_al_motoarelor_cu_ardere_intern%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Accesorii_autohttp://ro.wikipedia.org/wiki/Accesorii_autohttp://ro.wikipedia.org/wiki/Volanthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Roat%C4%83_din%C8%9Bat%C4%83http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Amortizor_al_oscila%C8%9Biilor_de_torsiune&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Amortizor_al_oscila%C8%9Biilor_de_torsiune&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Roat%C4%83_din%C8%9Bat%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Volanthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Accesorii_autohttp://ro.wikipedia.org/wiki/Mecanismul_de_distribu%C8%9Bie_al_motoarelor_cu_ardere_intern%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Roat%C4%83_din%C8%9Bat%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_cu_ardere_intern%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Cuzinethttp://ro.wikipedia.org/wiki/Nichelhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cromhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Forjarehttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Turn%C4%83torie&action=edit&redlink=1 -
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
61/79
8.1 Parametri dimensionali
l - lungimea cotului ( distanta dintre axele a doi cilindri consecutivi )
- lungimea cotului
-diametrul fusului palier
-lungimea fusului palier
- diametrul fusului maneton
- lungimea fusului maneton
- diametrul interior
- latimea bratului
- grosimea bratului
- raza de racordare
- raza de racordare a fusului maneton cu bratul
- raza de racordare a fusului palier cu bratul
m rp
l
D1.1...1.2 l 1.25D 91.25 m
0.6...0. dp 0.7D 51.1 mdp
D
lp
dp
0.45...0. lp 0.5dp 25.55 m
dm
D
0.55...0. dm 0.57D 41.61 m
lm
dm
0.45...0.6 lm 0.45D 32.85 m
dmi
dm
0.6...0. dmi 0.65dm 27.047 m
b
D0.2...0.2 b 0.2 D 14.6 m
h
D0.25..0. h 0.3 D 21.9 m
d0.06...0.
m 0.1dm 4.161
p 0.1dp 5.11 m
dpi 0.6dp 30.66 m
mm n 4200D 73
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
62/79
Acoperirea
este raza de racordare a fusurilor cu bratele, d=dp sau d=dm
Constructiv se aleg: R1, R2, b'.
sdm dp
2 m
b 0. 18 D m
1.5... m
l 2 b lm lp 87.6 m
mR
S
240 m
m
R2 3 m
m
n30
439.823 rads
sdm dp
2R 6.355 m
e 5
R1 35
S 80
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
63/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
64/79
Forta de inertie a fusului maneton in miscarea de rotatie
Forta de inertie a partilor bratului in miscare de rotatie
Forta de inertie a cotului in miscare de rotatie
Forta de inertie a partii din biela in miscare de rotatie
Forta de inertie a maselor cu miscare de rotatie:
2) Forta de inertie necesara a unei contragreutati in cazul echilibrarii complete a Frcot cu cot:
c- densitatea materialului contragreutatii:
- distanta dintre contragreutate si cilindru
- lungimea bielei
- lungimea corpului bielei
o
Fm VmXm 2
10 3
1 .4 24 1 03
N
Fbr VbrXb 2
10 3
1.523 104
N
Fcot Fm 2 Fbr 3 .1 89 1 04
N
mA 0.31 kg
F
A
m
A
R 2
10 3
2 .4 06 1 03
N
Fr Fcot z FA 3 .43 1 04
N
Fc
Fr
21.715 10
4
N
kg
mm3
m m
m
m
R3.max L R L' j 28 m
R3
3
R23
3 Fc 103
2 sin deg( ) c b 2
106.358 m R3 R3.ma
90
R3 R3.max
L' 90
L 160
1...22
c 7.85106
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
65/79
Proiectarea contragreutatii in forma de arc de cerc
Sc- momentul static geometric al sectiunii contragreutatii
rezulta
Este necesar ca ; in caz contrar se alege si rezulta:
Observarii :
1) La stabilirea dimensiunilor boltului trebuie verificat ca pentru a exista
posibilitate de evazare a mantalei in dreptul umerilor si de prelucrare eventual a canalelor pentrusigurante in cazul boltului flotant.
2) Partea din masa bielei in translatie, mBse poate determina calculand pozitia centrului de masa
al bielei fata de axa capului precizat de cota:
Vc R32
R22
b 1.325 107
xc2
3
sin deg( )
R33
R22
R32
R22
0.883
Fc cVc xc 2
10 3
1.776 104
N
Fc
Fr
21.715 10
4 N
Sc
Fc
b c
2
773.51 Nm
Fc Scb c 2
1 .7 15 1 04
N
t an 1
R2
33
2Sc
10.452
R3 106.358 m
l2 d 2 D
kgmB 0.544
R3 R3.maxR3 R3.max
Sc2
3R2
3 tan ( )
3
mm
mm3
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
66/79
8.2 Calcul de verificare
1) Stabilirea elementelor de calcul
Fusurile maneton se numeroteaza consecutiv de la extremitatea din fata cu 1, 2 ,3,..., iciar cele palier cu 0,
1, 2, ..., ic( cand alterneaza cu celel maneton ). Cilindii sunt numerotati la motoarele in V normal cu 1 ,2, 3,
..., icin linia din dreapta ( ic= i/2, ic- numarul de coturi, i - numarul de cilindri ).
In linie ic = i
1.1.Momentele de rasucire care solicita fusurile :
Fusurile palier:
[Nmm]
momentul motor dezvoltat de cilindrul z ( momentele Mzau aceeasi variatie cu , dar
decalate potrivit ordinii de aprindere)
Ordinea de aprindere: 1-3-5-4-2
Mpj
1
j 1
z
Mz
M
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
67/79
Pentru i = 5 cilindri: o
o
o
o
o
Fusurile maneton pentru cazul in care fusurile palier au aceeasi lungime:
[Nmm]
Rezulta:
(neglijand momentul transmis instalatiilor auxiliare si anexe prin extremitatea din fata aarborelui cotit)
Mp. ic Mrez
1
i
z
M
Mm1 0.5M1
Mp1 M1
Mp5 M1 M2 M3 M4 M5
Mm5 M1 M2 M3 M4 M50.5
Mp4 M1 M2 M3 M4
Mm4 M1 M2 M3 M40.5
Mp3 M1 M2 M3
Mm3 M1 M2 0.5M3
Mp2 M1 M2
Mm2 M1 0.5M2
NmmMp0 0
Mmj
1
1
z
Mz
0.5M
5 1 720 2144( ) 1 432
4 1 720 3144( ) 1 288
3 1 720 1144( ) 1 576
2 1 720 4144( ) 1 144
720
5144
720720720
i144
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
68/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
69/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
70/79
Alegerea materialului:
Otel aliat ( STAS 880-80 ) : OLC 45, STAS 880 - 80
Date necesare calculului coeficientilor de siguranta
Rezistenta la rupere
Rezistenta la oboseala
Coeficinetul de sensibilitate al materialului:
pentru OLC
Coeficientul teoretic de concentrare
Orificiu de ulei cu
Raza de racordare
-->
-->
-->
-->
r 700...80 MP
MP
1 230...32 MP
0 1.51 480 MP a
1 0.24r 192 MP
MP
0 21 384 MP
1 q T 1 1.35
0.85 1.147p
dp
0.1
d0 0.1...0.33( ) df
d0 0.2df 7 m
1.10.5
1.20.25
1.50.125
1.75f
df0.0625
df 352...3
T 1.5
q 0.7
0 1.8...2( )1 190...220
1 320
r 800
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
71/79
Factorul de calitate a suprafetei
Pentru fusuri ecruisate
Pentru fusuri calite CIF
Factoru dimensional
Dimensionarea caracteristica ( pentru fusuri df, brate )
[mm]
Valori uzuale ( admisibile ) pentru coeficientii de siguranta:
Tip motor: palier ( c ) maneton ( c )
de automobil
3.Verificarea de rezistenta a arborelui cotit
3.1.Fusurile palier se verifica la oboseala numai la rasucire sub actiunea momentului Mp(), precizat
anterior, in sectiunile care concentratori de tensiuni: de racordare cu bratul cu raza p(SR) si a orificiului de
ulei de diametru d0( SU ).
Ultimul fus palier solicitat la rasucire de momentul motor rezultant Mrez:
21
0 1 0
3 0.8
0.
5 0.7
0.6
50 0.
wp
dp3
16
1dpi
dp
4
2 .2 8 1 04
Mk.max 1040. 12103
1.04 106
Nm
Mk.min 286.98 103
2.87 105
Nm
mm3
1.7...33...4
0.55
0.6100
0.75
0.7840
0.85
0.880.920 0.72
0.75
1.5
1.2...1.7
1.1...1.3
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
72/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
73/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
74/79
In sectiunea de ungere SU
o - unghiul de palare al orificiilor de ulei
Mi.max Zp.max
lp
2b
Fbr Fc b
2 6.787 10
5
Mi.min Zp.min
lp
2b
Fbr Fc
b
2 1.029 10
5
wi
wm
24.648 10
3 2
1
0 1 0.333
max
Mi.max
wi146.016
min
Mi.min
wi
22.148
max min
284.082
m
max min
261.934
c
1
m
2.633 acceptabil( )
wi
wm
24.648 10
3
21
0
1 0.333
Nm
NmMu.min 981252
Mu.max 810750
90
Nmm
Nmm
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
75/79
maxMu.max
wi
174.421
min
Mu.min
wi
211.102
max min
2192.762
m
max min
218.341
c1
m
1.421 acceptabil( )
s
dp
0.124
Mz.max 284899 b
dm
0.351
Mz.min 35475
L 1.
maxMz.max
wm
306.461 MP a
minMz.min
wm
38.16 MP a
v
max min
2172.31 MP
m
max min
2134.15 MP
c
1
v m
1.272 acceptabil( )
s 0.815Nmm
e 1.04Nmm
1.12
MPa
MPa
MPa
MPa
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
76/79
c) Coeficientul de siguranta in fiecare sectiune este:
In cazul ( ic - numarul de coturi ale arborelui cotit ) se poate lua in calcul, sumar, tensiunile
suplimentare poduse de vibratia torsionala considerand in locul c( atat fusurile palier cat
si la cele maneton )
- coeficient de amplificare dinamica
3.3. Bratele
Se verifica la oboseala atat la solocitari de rasucire cat si longitudinale in planul tangent la suprafatapalierului normal la planul cotului si cel de miscare, in punctul C de racordare cu fusul. Cand bratele suntidentice constructiv, solicitarea in C este aceeasi (se verifica un singur brat).
Este aleasa valoarea 0.2 pentru raport
c 1.27
c
c c
c2
c2
1.135 acceptabil( )
d 1 0.3 ic 2 1.9
cef
c
d1.326
d0
df
0.05...0.
MT Zpl b
2
b 14 .6
Mr Tpl b
2
h
b1. 5
h
b
br
h
b
br
1
0.23 4 0.28
0.24 8 0.302
0.28960.2391.75
1.5
0.26730.208
br 0.289
Nmm
Nmm
ic 5
ic 3
2.5 0.259 10 0.313
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
77/79
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
78/79
b) Coeficientul de siguranta la rasucire c
- coeficientul lui Saint - Venant
se aleg din datele prezentate la verificarea fusurilor ( h - dimensiunea de referinta )
( brate neprelucrate mecanic), sau
( brate prelucrate mecanic )
br
Tp.max 51597. N
Tp.min 6263.4 N
max
Tp.max lp b
2br h b2
1.109 10
3 MP
min
Tp.min lp b
2br h b2
134.676 MP
p h b 1.2
.refh b e s 0.585
0.7...0.
0.9...
1 0.72
v
max min
2622.061 MP
mmax min
2487.385 MP
s 0.5
e 0.75
b 0.8
h 1.5
.ref 1.3
br 0.2
-
8/10/2019 Proiect Ccmai Terminat-5 in Linie
79/79
c) Coeficientul total de siguranta
acceptabil( )
acceptabil( )ctot
cc
c2
c2
1.3
c.1
v m
1.65