AUTOVEHICULE RUTIERE - Calculul si Constructia Motoarelor cu Ardere Interna - partea 1

AUTOVEHICULE RUTIERE

 

Calculul si Constructia Motoarelor cu Ardere Interna

TEMA

Sa se proiecteze un motor cu piston in patru timpi cu aprindere prin compresie care are urmatoarele caracteristici:

puterea maxima efectiva: P_e=77 kW;

turatia corespunzatoare puterii maxime: n_p=4400 rot/min;

numarul de cilindri: i=4 in linie;

cursa pistonului: S=90 mm;

diametrul interior al cilindrului (alezajul): D=80 mm.

I.    Obiectivele calculului termic:

Calculul termic al motoarelor cu ardere interna are ca scop determinarea marimilor de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate pornind de la urmatoarele date de intrare: tip motor, putere nominala, turatie la putere nominala, numar de cilindri. Cu ajutorul calculului termic se pot determina: alezajul, cursa pistonului, unii parametrii caracteristici, ca de exemplu puterea si economicitatea

Obiectivele calculului termic sunt determinarea marimilor de stare (presiune (p), volum (V), temperatura (T)) ale fluidului de lucru in puncte caracteristice ale ciclului motor.

Punctele caracteristice sunt:

punctul de sfarsit al procesului de admisie;

inceputul procesului de ardere;

presiunea maxima pe ciclu;

presiunea la sfarsitul procesului de ardere;

presiunea de evacuare.

Calculul procesului de schimbare a gazelor (evacuare si admisie):

Diagrama indicata:

Este prezentata in figura de mai jos (Fig. 1.1):

Fig. 1.1 Diagrama indicata

Semnificatia punctelor de pe diagrama este:

pmi - punctul mort interior;

pme - punctul mort exterior;

V_S - volumul dislocat de piston in timpul unei curse;

V_C - volumul camerei de ardere;

V_a - volumul total al camerei de ardere;

a - inceputul admisiei;

s - scanteia;

i - injectia (intarzierea admisiei);

d - faza arderii rapide;

e - faza arderii izobare (s-a atins temperatura maxima);

f - faza arderii izoterme (temperatura ramane constanta).

Calculul termic porneste din momentul in care pistonul se afla in punctul mort interior (pmi) la inceputul procesului de ardere (punctul a).

Parametrii de stare in punctul a (Fig. 1.2 si 1.3) sunt:

presiunea de evacuare p_r;

temperature gazelor reziduale T_r;

volumul minim al camerei de ardere V_c.

Fig. 1.2 Diagrama indicata la motoarele cu ardere prin compresie

Fig. 1.3 Diagrama indicata la motoarele cu ardere prin scanteie

Semnificatii:

X_s - avansul la declansarea scanteii;

X_inj - avansul la declansarea injectiei;

X_ev - avansul la declansarea evacuarii;

p_r - presiunea gazelor arse reziduale (presiunea de evacuare);

p_a - presiunea la sfarsitul procesului de admisie;

p₀ - presiunea atmosferica.

Parametrii initiali pentru calculul termic:

T₀=288⁰ K sau 293⁰ K

Se alege: T₀=288⁰ K.

p₀=0,1 MPa=1 bar.

Ceilalti parametri se vor alege pe baza datelor statistice (Tabel 1.1):

temperatura gazelor arse reziduale - T_r;

coeficientul excesului de aer -

raportul de comprimare -

coeficientul gazelor reziduale - γ_r

Tabel 1.1

Coeficientul gazelor reziduale se calculeaza cu relatia:

unde:

• - gradul de preincalzire a fluidului proaspat;
• - presiunea gazelor arse reziduale (presiunea de evacuare);
• - presiunea la sfarsitul procesului de admisie;
• - coeficientul de postumplere.

Coeficientul de postumplere este raportul dintre cantitatea de fluid proaspat aflata in cilindru la sfarsitul procesului de admisie si cea aflata in cilindru la sfarsitul cursei de admisie (punctul a de pe ambele diagrame).

Se recomanda:

unde:

• - temperatura la sfarsitul cursei de admisie.

Se recomanda:

Se recomanda:

Calculul procesului de comprimare:

Presiunea la sfarsitul procesului de comprimare:

unde:

- exponentul politropic al procesului de comprimare.

Se recomanda:

Se adopta:

Se recomanda:

Temperatura la sfarsitul procesului de comprimare:

Se recomanda:

Calculul procesului de ardere:

Cantitatea minima de aer necesara pentru arderea unui 1 kg de combustibil (calculul termic atat la MAC, cat si la MAS, se desfasoara pentru 1 kg de combustibil):

unde:

- cantitatea de carbon dintr-un 1 kg de combustibil;

- cantitatea de hidrogen dintr-un 1 kg de combustibil;

- cantitatea de oxigen dintr-un 1 kg de combustibil.

Valori:

Cantitatea de fluid proaspat (aer), care patrunde in cilindru pentru  1 kg de combustibil:

Numarul de kmoli de substanta de ardere rezultati, caz in care ardere completa teoretic:

Coeficientul de variatie molar:

Coeficientul de variatie molara totala:

Pentru a determina parametrii la sfarsitul procesului de ardere este necesar sa se stabileasca formulele generale pentru determinarea caldurii specifice medii ale fluidului proaspat pe intervalul de temperatura corespunzator procesului de comprimare, respetiv a caldurii specifice de volum constant a gazelor de ardere la temperatura de ardere.

Puterea calorica inferioara (motorine):

Puterea calorica inferioara reprezinta caldura degajata prin arderea unui 1 kg de substanta, tinand cont de caldura pierduta prin vaporizarea apei pe care o contine.

Pentru: .

unde:

- caldura specifica in arderea incompleta.

unde:

- coeficientul de utilizare a caldurii.

Caldura disponibila prin arderea unui 1 kg de combustibil:

Pentru avem:

Ceilalti parametri se vor alege pe baza datelor statistice (Tabel 1.2):

Tabel 1.2

unde:

- constanta universala a gazelor.

- raportul de crestere a presiunii.

.

Se adopta:

Valori uzuale:

Calculand valoarea lui A din formula de mai sus, rezulta:

Introducand valoarea lui A in ecuatia de mai sus si facand calculele avem:

Destinderea:

Gradul de destindere prealabil:

unde:

- volumul instantaneu al camerei de ardere;

- volumul mort sau minim.

Gradul de destindere:

unde:

- exponentul politropic.

Se adopta:

Determinare presiunilor medii indicate si efective:

Presiunea medie indicata:

Reprezinta lucrul mecanic produs in timpul unui ciclu motor, raportat la unitatea de volum al camerei de ardere, fiind un parametru important in ceea ce priveste eficienta motorului.

unde:

- coeficientul de rotunjire a diagramei.

Se adopta:

Presiunea medie efectiva:

Cilindreea unitara:

Reprezinta volumul dislocate de piston in timpul unei curse intre punctele moarte.

unde:

- puterea maxima;

- numarul de timpi ai motorului;

- presiunea medie efectiva;

- numarul de cilindrii ai motorului;

- turatia mototrului.

Cilindreea se calculeaza in functie de diametrul interior al cilindrului (alezaj) si cursa pistonului, cu formula:

Se adopta:

Se adopta:

Se adopta:

Se recalculeaza cilindreea unitara cu noile valori:

unde:

• - diametrul interior al cilindrului (alezaj);
• - cursa pistonului.

Volumul minim al camerei de ardere:

Volumul maxim:

Cilindreea totala:

Alti indici de perfectiune ai motorului:

Randamentul indicat:

Randamentul indicat reprezinta fractiunea din caldura ce s-ar putea teoretic degaja in urma arderii, care se transforma in lucru mecanic fara a se tine seama de frecari.

Randamentul efectiv:

Randamentul efectiv este fractiunea din caldura totala care s-ar putea produce prin ardere, care se transforma in lucru mecanic furnizat utilizatorului.

Consumul specific indicat:

Consumul specific efectiv:

Puterea litrica:

II.     Mecanismul biela-manivela:

Cinematica mecanismului biela-manivela:

Studiul cinematic presupune determinarea deplasarii, 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 .

Prin conventie , este momentul in care pistonul incepe cursa de admisie din punctul mort interior spre punctul mort exterior.

In figura de mai jos este prezentata cinematica mecanismului biela-manivela (Fig. 2.1):

Fig. 2.1 Mecanismul biela-manivela

- deplasarea pistonului

unde:

• - raza manivelei;
• - unghiul de rotatie al arborelui cotit;
• - unghiul dintre biela si axa cilindrului;

• - cursa pistonului;

• - lungimea bielei.

Pentru motorul din tema de proiect, care este destinat autoturismelor si totodata tinand cont ca este de tip MAC, intervalul de variatie a lui este:

- viteza pistonului.

unde:

• - viteza unghiulara a arborelui cotit.

unde:

• - turatia de putere.

- acceleratia pistonului.

Folosind relatiile de mai sus, se obtin urmatoarele valori calculate (Tabel 2.1):

Tabel 2.1

Cu valorile din tabel se obtin urmatoarele grafice:

Fig. 2.2 Variatia deplasarii (s_p) pistonului in functie de unghiul α

Fig. 2.3 Variatia vitezei (w_p) pistonului in functie de unghiul α

Fig. 2.4 Variatia acceleratiei (a_p) pistonului in functie de unghiul α

Dinamica mecanismului biela-manivela:

In mecanismul biela-manivela, actioneaza doua tipuri de forte:

forta de presiune a gazelor din cilindru;

forte de inertie:

forte de inertie date de masele in miscare de translatie;

forte de inertie date de masele in miscare de rotatie.

Forta de presiune a gazelor din cilindru :

- forta de presiune a gazelor

unde:

• - diametrul alezajului;
• - presiunea din cilindru;
• - presiunea carter sau presiunea atmosferica.

  

Presiunea din cilindru variaza in functie de pozitia pistonului. Pentru a obtine valorile presiunii din cilindru, folosim diagrama indicata p-V de mai jos:

Fig. 2.5 Diagrama indicata p-V

Fig. 2.6 Diagrama indicata a presiunii din cilindru in functie de α

Forte de inertie:

Forte de inertie date de masele in miscare de translatie:

Forta de inertie a maselor in miscare de translatie actioneaza pe directia axei cilindrului. Grupul piston executa o miscare rectilinie alternativa de translatie.

Biela executa o miscare de translatie si de rotatie. Se considera ca o parte din masa bielei este concentrata in felul urmator:

- masa bielei in punctul A, este concentrata in punctal de articulatie cu boltul si executa miscare alternativa, solidaracu grupul piston;

- masa bielei in punctul M, este concentrata in punctal de articulatie cu fusul maneton si executa miscare de rotatie cu viteza unghiulara constanta.

Din date statistice:

unde:

• - masa bielei.

Pentru calculul presiunii din cilindru, se procedeaza in felul urmator:

unde:

• - volumul maxim al camerei de ardere;
• - volumul instantaneu al camerei de ardere.

Masa bielei se alege din tabele statistice pornind de la masa relativa a acesteia:

Masa grupului piston se alege din tabele statistice pornind de la masa relativa a acestuia.

Pentru piston din aluminiu:

- forta de inertie de translatie.

In tabelul de mai jos sunt prezentate masele raportate (Tabel 2.2):

Tabel 2.2

Forte de inertie date de masele in miscare de rotatie:

Masa raportata a unui cot fara contragreutati pentru fusuri gaurite din otel va avea urmatoarele valori:

- forta de inertie de rotatie.

Din calculele de mai sus rezulta:

• este masa grupului piston;
• este masa bielei;
• este masa cotului.

Forte care actioneaza in mecanismul biela-manivela:

- forta rezultata aplicata de piston in articulatie

Forta se descompune in doua componente:

- componenta dupa axa bielei;

- componenta normala pe axa cilindrului.

unde:

• 

Fortele care actioneaza asupra fusului maneton si fusului palier se determina deplasand forta in butonul de manivela (punctul M) si descompunand-o dupa doua directii:

una tangenta la maneton - forta ;

una normala la maneton - forta .

- momentul incovoietor instantaneu.

Folosind relatiile de mai sus, se obtin urmatoarele valori (Tabel 2.3):

Tabel 2.3

Cu valorile din tabel obtinem urmatoarele grafice:

Fig. 2.7 Variatia fortelor din cilindru in functie de unghiul α

Fig 2.8 Variatia unghiului β de inclinare a bielei in functie de α

Fig 2.9 Variatia componentei B in functie de α

Fig 2.10 Variatia componentei N in functie de α

Fig 2.10 Variatia fortei tangentiale T si normale Z_B la maneton in functie de α

Steaua manivelelor si ordinea de aprindere:

Fig. 2.11 Motorul cu 4 cilindrii

Fig. 2.12 Arborele cotit pentru motorul cu 4 cilindrii in linie

Din motive de reducere a dezechilibrelor care apar la un motor policilindric, defazajul dintre aprinderi trebuie sa fie acelasi.

- defazajul dintre aprinderi.

unde:

• - numarul de cilindrii.

Pentru:

La motoarele cu numar par de cilindrii in linie, fortele si momentele interne se anuleaza daca arborele are plan central de simetrie.

Steaua manivelelor reprezinta proiectia acestora pe un plan perpendicular pe axa de rotatie a arborelui cotit.

Ordinea de aprindere la motorul cu 4 cilindrii este:

Conditii:

aprinderea incepe intotdeauna cu pistonul 1;

a doua conditie pentru o buna autoechilibrare a motorului este ca numarul de aprinderi succesive in cilindrii apropiati sa fie minim.

In tabelul de mai jos este prezentat schema de lucru a unui motor cu 4 cilindrii in linie (Tabel 2.4):

Tabel 2.4

Folosind relatia , se poate calcula momentul motor maxim pentru fiecare cilindru in parte. Tinand cont ca cilindrii sunt identici, inseamna ca momentul motor total produs de motor va fi suma momentelor celor 4 cilindri decalati intre ei.

Conform tabel 2.4, se observa ca:

Cil 1: se gaseste la 0⁰;

Cil 2: se gaseste in pozitia de 540⁰ corespunzatoare cilindrului 1;

Cil 3: se gaseste in pozitia de 180⁰, corespunzatoare cilindrului 1;

Cil 4: se gaseste in pozitia de 360⁰, corespunzatoare cilindrului 1.

Folosind relatiile de mai sus si relatia pentru Z_B se calculeaza valorile momentelor pentru fiecare cilindru in parte si momentul total al motorului. Valorile calculate sunt date in tabelul de mai jos (Tabel 2.5):

Tabel 2.5

Fig. 2. 13 Variatia momentului motor al monocilindrului in functie de α

Fig. 2. 14 Variatia momentului motor total al motorului in functie de α

Uniformizarea miscarii arborelui cotit:

Momentul motor instantaneu total rezulta prin insumarea momentelor instantanee ale fiecarui cilindru. Momentul motor instantaneu total al unui motor nu este constant, de aceea viteza unghiulara de rotatie al arborelui cotit va fi variabila. Solutia cea mai raspandita pentru uniformizarea miscarii arborelui cotit la motoarele pentru autovehicule este aceea de a marii momentul de inertie mecanic prin montarea unui volant la capatul dinspre utilizator al arborelui cotit.

Pentru constructia grafica s-au folosit urmatoarele scari:

scara momentelor;

scara unghiurilor.

Ariile calculate pe diagrama au valorile:

Aria totala a diagramei este:

Momentul mediu total este egal cu:

Momentul mediu este egal cu:

Aria totala dupa trasarea momentului mediu este:

Momentul total de inertie al arborelui cotit este:

unde:

• - gradul de uniformitate al arborelui cotit;.
• - aria intregii diagrame;
• - viteza unghiulara a motorului.

unde:

• - turatia motorului.

unde:

• - numarul de cilindri.

Momentul de inertie al volantului este:

Volantul:

Volantul are forma unui disc prevazut cu o coroana circulara, miezul acesteia fiind neglijat in calcule.

In figura de mai jos este prezentata schema volantei (Fig. 2.15):

Fig. 2.15 Dimensiunile volantului

Semnificatia punctelor de pe diagrama este:

• - diametrul minim al coroanei volantului;
• - diametul maxim al coroanei volantului;
• - diametrul mediu al coroanei volantului;
• - grosimea radiala a coroanei volantului;
• - grosimea coroanei volantului.

unde:

• - densitatea materialului volantului.

Se alege:

Statistic:

Se adopta:

Se pune conditia suplimentara ca viteza periferica maxima a punctelor de pe suprafata exterioara a volantului sa fie mai mica decat viteza maxima admisibila pentru volantul din otel.

III. Grupul piston

Pistonul:

Pistonul se compune din urmatoarele parti (Fig. 3.1):

capul pistonului - partea superioara a pistonului, care preia presiunea gazelor;

regiunea port-segmenti (RPS) - partea pistonului prevazuta cu canale in care se introduc segmentii;

mantaua - partea care ghideaza pistonul in cilindru si transmite forta normala;

umerii mantalei - partea in care se fixeaza boltul - de aici si numele de locasul boltului.

Fig. 3.1 Partile componente ale pistonului

Grupul piston este alcatuit din:.

Grupul piston asigura evolutia fluidului motor in cilindru si indeplineste urmatoarele functii:

transmite bielei (prin intermediul boltului), forta de presiune dezvoltata prin arderea combustibilului;

transmite cilindrului forta normala dezvoltata in mecanismul biela-manivela, adica ghideaza piciorul bielei in cilindu;

etanseaza cilindrul in ambele directii, adica impiedica scapare gazelor de evacuare din cilindru in carter si pe alta parte impiedica patrunderea uleiului de ungere (in exces);

evacueaza o parte din caldura dezvoltata prin arderea combustibilului.

Primele doua functii sunt preluate de piston impreuna cu boltul care este organ de articulatie cu biela. Ultimele doua functii sunt preluate de piston impreuna cu segmentii.

Mai exista si alte functii suplimentare ale pistonului cum ar fi crearea unei miscari dirijate a fluidului de lucru in interiorul cilindrului.

In timpul functionarii, capului pistonului este supus actiunii fortei de presiune care se transmite prin umerii mantalei la bolt (Fig. 3.2). Ca urmare pistonul se deformeaza astfel incat apasarea mantalei pe cilindru tinde sa se concentreze numai pe muchia inferioara a mantalei, canalele pentru segmenti se inclina fata de planul transversal impiedicand aplicarea normala a segmentilor pe suprafata cilindrului, iar deformarea umerilor mantalei determina aparitia unor sarcini concentrate in zona A, care provoaca distrugerea ei (Fig. 3.2 b). Forta normala , care produce forta de frecare (Fig. 3.2 a), aplica pistonul pe cilindru numai in planul de oscilatie al bielei (in care lucreaza si forta ), normal pe axa umerilor si mantaua este deformata de reactiunea cilindrului luand forma unei elipse (Fig. 3.2 c), cu axa mare dupa directia axei umerilor mantalei. Astfel apare pericolul de blocare a pistonului cand diametrul mare al elipsei depaseste diametrul mantalei. Tensiunile variaza neuniform in corpul pistonului si ating valori ridicate (Fig. 3.2.d,e,f).

Pistonul se confectioneaza sun forma eliptica, cu ovalitatea maxima . Axa mare a elipsei se aseaza pe directia normala la axa boltului (Fig. 3.3 c), iar o lege de distributie a jocului pe directia radiala se arata in Fig. 3.3 d.

Pistoanele pentru motoare de autovehicule se executa din aliaje de aluminiu sau fier.

Calculul pistonului:

Pistonul se schiteaza initial in raport cu solutiile constructive alese. Dimensiunile principale se aleg pe baza datelor statistice. Proiectantul stabileste inaltimea regiunii port-segmenti numai dupa ce a decis asupra inaltimii si numarului de segmenti. Lungimea pistonului si diametrul umerilor mantalei se stabilesc in corelatie cu dimensiunile boltului. Capul pistonului, regiunea port-segment si mantaua se supun unui calcul de verificare. Profilul longitudinal si radial se traseaza in raport cu dilatarile admise.

In figura de mai jos sunt prezentate dimensiunile caracteristice ale pistonului (Fig. 3.4):

Fig. 3.4 Dimensiunile caracteristice ale pistonului

Semnificatia punctelor de pe diagrama este:

• - diametrul exterior al capului;
• - diametrul exterior al mantalei;
• - diametrul interior al pistonului;
• - lungimea totala a pistonului;
• - inaltimea de compresie;
• - lungimea mantalei;
• - distanta pana la canalul segmentului de foc;
• - distanta dintre canale;

- inaltimea canalului segmentului de foc; se stabileste la calculul segmentilor;

- grosimea capului.

diametrul interior al cilindrului (alezaj)

unde:

• - grosimea radiala a segmentilor.

Calculul capului pistonului:

Grosimea capului se verifica in ipoteza ca acesta este o placa circulara incastrata pe contur de grosime constanta, de diametru egal cu diametrul interior al pistonului si incarcata cu o sarcina uniform distribuita data de presiunea maxima gazelor din cilindru. Tensiunea maxima se inregistreaza pe periferie (Fig. 3.5).

Fig. 3.5 Tensiunea maxima la calculul capului pistonului

Datorita diferentei de temperatura dintre centrul si periferia gazelor, solicitarile date de presiunea gazelor ise adauga si o solicitare termica.

Tensiunea dezvoltata intr-o placa circulara prin solicitare termica:

unde:

• - temperatura la periferie, respectiv centru;
• - modulul de elasticitate al materialului;
• - coeficientul de dilatare termica liniara al materialului;
• ;
• .

pentru aluminiu

Tensiunea pe periferia capului va fi:

unde:

• - efortul unitar admisibil;
• - rezistenta la rupere a aliajelor de aluminiu;
• - coeficientul de siguranta la rupere.

Calculul regiunii port-segmenti:

Sectiunea periculoasa in aceasta zona este zona A-A, unde sunt amplasate orificiile pentru evacuarea uleiului in exces. Aceasta sectiune se verifica la comprimare.

Tensiunea maxima va fi egala cu:

unde:

• - aria sectiunii A-A.

Calculul mantalei:

Se verifica mantaua astfel incat presiunea de contact sa nu depasesca o anumita valoare stabilita conventional pentru a preveni intreruperea peliculei de ulei.

unde:

• - aria evazarii.

Presiunea specifica pe manta este:

unde:

• - forta axiala maxima.

Se alege din tabelul de forte (Tabel 2.3) valoarea maxima pentru .

- presiunea specifica admisibila.

Datorita diferentelor de temperatura dintre cap si manta din timpul functionarii, la rece, diametrul capului va fi mai mic decat diametrul mantalei. Materialul clindrului poate fi din fonta sau aliaj de aluminiu.

Diametrul capului la maontaj:

Diametrul la montaj al mantalei:

unde:

- coeficientul de dilatare termica liniara al materialului in cilindru, respectiv a pistonului;

• - temperatura de regim a pistonului, respectiv a cilindrului;
• - jocul la cald in zona capului, respectiv a mantalei.

fonta.

Jocul la cald in zona capului, respectiv a mantalei la MAC este:

Boltul:

Boltul (axul pistonului) este organul care stabileste legatura dintre piston si biela si transmite forta de presiune de la piston la biela. Boltul este de forma unui cilindru care se monteaza cu joc, fie in piston, fie in biela sau simultan in ambele organe, adica:

a)  bolt fix in piciorul bielei si liber in piston;

b)  bolt fix in piston si liber in piciorul bielei;

c)  bolt flotant.

Solutia b) nu se utilizeaza la motoarele de autovehicule, deoarece produce o concentrare mare de tensiuni si mareste masa imbinarii.

Solutia a) este larg raspandita la motoarele de autovehicule.

Solutia c) pentru a evita iesirea boltului, se prevad doua inele de siguranta in locasurile din piston.

Materialele cele mai utilizate sunt otelurile carbon de calitate si otelurile aliate. Pentru bolturi mediu solicitate se utilizeaza: OLC 15, OLC 20, OLC 45, OLC 60 care se cementeaza.

Boltul se dimensioneaza pe baza datelor constructive din tabel. Boltul ales este de tip flotant.

Fig. 3.6 Dimensiunile caracteristice ale boltului

unde:

• - lungimea boltului;
• - lungimea de sprijin in piciorul mantalei;
• - lungimea de sprijin in biela;
• - jocul sau distanta dintre umerii mantalei si biela;
• - diametrul interior al boltului;
• - diametrul exterior al boltului.

In tabelul de mai jos sunt date dimensiunile caracteristice ale boltului (Tabel 3.1):

Tabel 3.1

Presiunea de contact in biela:

unde:

• - forta pistonului maxima;
• - masa pistonului;
• - masa grupului piston;
• - acceleeratia pistonului maxima.

Se alege din tabelul de forte (Tabel 2.3) valoarea maxima pentru .

Se alege din tabelul de forte (Tabel 2.1) valoarea maxima pentru .

- presiunea de contact admisibila.

Presiunea din locasul boltului:

Momentul incovoietor in sectiunea mediana a boltului:

Tensiunea maxima de incovoiere:

Valori admisibile:

Ales:

Tensiunile maxime si minime:

Coeficientul de siguranta la oboseala pentru boltul flotant:

unde:

• - rezistenta la oboseala pentru ciclul simetric;
• - rezistenta la rupere a materialului;
• - amplitudinea tensiunii;
• - coeficientul efectiv de concentrare a sectiunii;
• - factor dimensional;
• - coeficientul de calitate a suprafetei.

- coeficientul de siguranta la oboseala admisibil.

Tensiunea de forfecare in plan neutru:

Repartitia de tensiuni:

Fibra exterioara:

Fibra interioara:

Tensiunile in punctele 1,2,3,4:

Punctul 1:

Punctul 2:

Punctul 3:

Punctul 4:

Determinarea jocului la montaj in umerii mantalei:

In tabelul de mai jos sunt date valorile jocului la montaj pentru boltul fix si cel flotant (Tabel 3.2):

Tabel 3.2

Segmenti:

Principala functie a segmentilor este de a etansa cilindrul. Segmentii care impiedica scaparea gazelor din cilindru spre carter se numesc segmenti de compresie. Segmenti care impiedica trecerea uleiului din carter spre camera de ardere se numesc segmenti de ungere.

Segmentul este de forma unui inel taiat. Distanta dintre capete se numeste rost. Dimensionarea caracteristica a sectiunii dupa directie radiala se numeste grosime radiala, iar cea dupa directia axiala se numeste inaltime. In stare montata diametrul exterior al segmentului este egal cu alezajul D.

La MAC, solutia generala este echiparea pistonului cu doi segmenti de compresie si un segment de ungere deoarece jocul dintre piston si cilindru este mai mare. Primul segment are nivelul termic cel mai ridicat si se numeste segment de foc.

Segmenti de ungere se grupeaza in doua clase: segmenti cu sectiunea unitara sau neperforati si segmenti cu sectiunea radiala perforata.

Materialele cele mai utilizate pentru fabricarea segmentilor este fonta cenusie perlitica cu grafit lamelar. Se pot fabrica segmenti din pulberi sinterizate, prin presare in matrite.

Calculul segmentilor are urmatoarele obiective:

sa stabileasca forma segmentului in stare libera si marimea rostului, astfel incat, prin strangerea pe cilindru, segmentul sa dezvolte o repartitie de presiune determinata;

sa stabileasca cele doua dimensiuni fundamentale: grosimea radiala a segmentului a si inaltimea segmentului h;

sa verifice ca eforturile unitare care apar in segmenti la deschiderea lor pentru montaj, sa nu depasesca limita admisibila;

sa verifice rostul la cald pentru a prevenii impactul dintre capete in timpul functionarii.

Din Fig. 3.19, pag. 86, se alege presiunea elastica medie:

Raportul:

Se alege conform Fig. 3.22, pag. 104:

Se recalculeaza :

Rostul in stare libera:

unde:

• - modulul de elasticitate al fontei.

Raza medie a segmentului:

De obicei inaltimea segmentului se face pentru trei dimensiuni: pentru motoarele de autoturisme.

Se alege:

unde:

• - grosimea radiala a segmentului;
• - inaltimea segmentului.

Tensiunea maxima la montarea segmentilor:

Rostul la montaj:

unde:

• - rostul la cald;
• - temperatura segmentului, respectiv cilindrului;

- coeficientul de dilatare termica liniara a segmentului, respectiv a cilindrului.

end part 1