Calculul de rezistenta - motor cu ardere interna

Calculul de rezistenta - motor cu ardere interna

1. Studiul cinematic si dinamic al mecanismului biela-manivela.

Studiul cinematic presupune determinarea deplasari ,vitezei si acceleratiei pistonului.

Pistonul executa o miscare alternativa de translatie intre cele doua puncte moarte.

Expresiile pentru determinarea parametrilor cinematici se vor scrie functie de unghiul de rotatie al arborelui cotit

0 . .720^o]

Prin conventie =0 este momentul in care pistonul incepe cursa de admisie din PMI spre PME.

fig. 1

Cursa pistonului :

S-cursa;

r-raza;

b-lungimea bielei;

Viteza pistonului:

Acceleratia pistonului:

viteza unghiulara a arborelui cotit.

Valorile deplasarii pistonului "sp", vitezei pistonului "wp" si acceleratia pistonului "ap" sunt date in tabelul 1

: Tabelul 2

fig. 3 deplasarea pistonului in functie de unghiul alfa

fig. 3,4 viteza pistonului in functie de unghiul alfa

fig. 5 acceleratia pistonului in functie de unghiul alfa

2. Determinarea fortelor mecanismului biela-manivela.

In mecanismul biela-manivela actioneaza doua tipuri de forte:

-forta de presiune a gazelor din cilindru.

-forte  de inertie care sunt:

- forte de inertie date de masele in miscare de translatie

- forte de inertie date de masele in miscare de rotatie

-forta de presiune;

p-presiunea care actioneaza pe suprafata A;

Forta de presiune care actioneaza pe suprafata cilindrului este variabila.

-forta de inertie;

m-masa;

a-acceleratia;

Forta de inertie a maselor in miscare de translatie actioneaza deasemenea pe directia axei cilindrului.

mgp-masa grupului piston;

mBA-masa bielei aferenta miscarii de translatie;

-acceleratia pistonului;

Masa bielei totala se descompune in doua mase concentrate una dintre ele in punctul de articulatie cu boltul si care se considera ca executa o miscare rectilinie alternativa solidar cu grupul piston si o a doua concentrata in puncte de articlatie cu fusul maneton care se considera ca executa o miscare cu fusul maneton care se considera ca executa o miscare de rotatie cu viteza unghiulara a arborelui cotit.

Arborele cotit care executa o miscare de rotatie cu viteza unghiulara constanta

Pentru

Pentru

Va-volumul maxim al camerei de ardere;

Vi-volumul instantaneu al camerei de ardere;

Pentru

Pentru

Pentru

Pentru

presiunea de evacuare.

Pentru determinarea fortei de inertie se adopta valori pentru masele raportate ale pieselor componente.

Deoarece forta de presiune si forta de inertie a maselor in miscare de translatie actioneaza pe aceasi directie ele se pot insuma algebric rezultanta lor actionind tot pe directia cilindrului .

Forta F se descompune dupa doua directii :

Una in lungul bielei

Cealalta normala pe axa cilindrului .

Se noteaza cu unghiul dintre biela si axa cilindrului

Forta

N=F*tg

Forta normala inpinge pistonul catre pereti cilindrului in planul de oscilatie al bielei.Deoarece N nu schimba de sens pistonul este impins alternativ intre pereti cilindrului executind o miscare de oscilatie.

Valoarea fortei normale determina si valoarea fortei de frecare dintre piston si cilindru cu cit bielele sunt mai lungi (valori mici ale lui ) uzura cilindrilor si segmentilor este mai mica deaceia bielele lungi sunt sunt utilizate in special la MAC unde solicitarile mecanice sunt mult mai mari.

Se translateaza forta B in lungul bielei mutind punctul de aplicatie din A in M .

T-forta tangentiala produsa de momentul motor  instantaneu al cilindrului.

Mi=T*r [N*m]

Masa grupului piston, m_gp [kg/m²]

9 . 15)[g/cm²]

=10[g/cm²]

Masa bielei aferente pistonului (miscare de translatie), m_b [kg/m²]

7 . 19)[g/cm²]

=13[g/cm²]

Masa unui cot fara contragreutati pentru fusurile gaurite din otel, m_cot [kg/m²]

8 . 20)[ g/cm²]

=14[g/cm²]

Masa bielei aferente piciorului bielei (miscare de rotatie), m_BP [kg/m²]

m_BP=0,275*m_b [kg/m²]

m_BP=0,275*0,730

m_BP=0,200 [kg/m²]

Masa bielei aferente capului bielei (miscare de rotatie), m_BM [kg/m²]

m_BM=m_b-m_BP [kg/m²]

m_BM=0,730-0,200

m_BM=0,530 [kg/m²]

F_pmax=38415 N pentru valoarea lui α= 375⁰RA

F_max=34069 N pentru valoarea lui α= 375⁰RA

Diagrama polara a fusului maneton

Diagrama polara a fusului maneton

-momentul total de inertie al arborelui cotit.

-gradul de uniformitate al arborelui cotit.

Se alege

Diagrama polara a fusului palier (fig 21)

fig. 22 diagrama polara a fusului maneton

Momentul de inertie total, J_t [N*m]

Momentul de inertie al volantului, J_v [N*n]

fig. 2 diagrama de uzura a fusului maneton

fig 24 diagrama de momente a fusului maneton

Volantul are forma unei coroane circulare (fig. 320).

Figura 320

unde: - g [mm] - latimea coroanei volantului

- h [mm] - grosimea radiala a coroanei volantului

- D_min [mm] - diametrul minim al coroanei

- D_max [mm] - diametrul maxim al coroanei

- D_mv [mm] - diametrul mediu al coroanei

D_mv=(D_max+D_min)/2

Momentul mecanic de inertie al volantului se poate calcula cu relatia:

[kg^.m²] (2.2)

unde: - m_v [kg] - masa volantului

m_v=10^-6.p ρ b^.g^.D_mv [kg]  

unde: - ρ [kg/dm³] - densitatea materialului volantului

se alege ρ=7,85 kg/dm³ pentru otel

ρ kg/dm³ pentru fonta

h-grosimea radiala a coroanei, in [mm];

h=36 [mm]

b- latimea coroanei, in [mm];

b= 30 [mm]

g= 25 [mm]

Diametrul mediu al coroanei volantului, D_mv [mm

Raportul dintre latimea b si grosimea radiala h a coroanei este:

b/h= 0,6 2,2

Prin alegerea uneia din cele doua dimensiuni (b sau h), se adopta o valoare pentru raportul b/h si se determina cealalta. In acest mod toate marimile din partea dreapta a relatiei (2.18) sunt cunoscute si se poate determina diametrul mediu al volantului D_mv.

Apoi se calculeaza diametrul minim si cel maxim al coroanei:

D_max=D_mv+g  [mm]

D_max=294+25 [mm]

D_max=319 [mm]

D_min=D_mv-g  [mm]

D_min=294-25 [mm]

D_min=269 [mm]

Viteza periferica a volantului trebuie sa nu depaseasca o valoare minima admisibila v_va.

Viteza maxima a unui punct de pe periferia coroanei este:

V_max-viteza periferica maxima, V_max [m/s]

V_max=10^-ω D_max/2   [m/s]

V_max=10^-324,69*^.=50.96 [m/s]

V_max=50.96 [m/s]

V_va=65 m/s pentru fonta

V_va=100 m/s pentru otel

Masa volantului, m_v [kg]

m_v =  

m_v=

m_v=7,82 [kg]