Post on 18-Oct-2015
4. CALCULUL DINAMIC AL MECANISMULUI
BIEL-MANIVEL
n timpul unui ciclu forele datorit presiunii gazelor variaz dup aceeai lege ca i variaia presiunii din cilindru, funcie de unghiul . Pentru a determina variaia presiunii funcie de unghiul , se folosete diagrama indicat. Prin calculul dinamic se urmrete determinarea mrimii i caracterului variaiei sarcinilor care acioneaz asupra pieselor motorului, calcul ce este necesar n vederea stabilirii soluiilor de echilibrare i de fixare pe asiu, pentru studiul vibraiilor motorului i ale structurii pe care acesta este montat.
4.1. Forele care acioneaz n mecanismul biel - manivel
4.1.1. Fora datorat presiunii gazelor din cilindru: Presiunea exercitat pe capul pistonului determin fora de presiune care este dat de relaia:
4D)pp(F2
0cilg
Fora i momentul datorit presiunii gazelor
4.1.2. Fora de inerie a maselor aflate n micare de translaie: Forele de inerie sunt produse de masele cu micare accelerat ale mecanismului biel manivel: grupa biel, grupa piston ,i arbore cotit. F = m a
masa elementului n miscarem acceleratiaa
n scopul simplificrii calculului dinamic real se va folosi un sistem de mase ecivalent. Dup felul micrii piesele macanismului motor distingem urmtoartele grupe:
- grupul piston compus din piston segmeni bol , grup ce execut o micare de translaie;
- grupa bielei format din biel capac uruburi cuzinei de biel grup ce execut o micare compex plan paralel;
- arborele cotit care execut o micare de rotaie. Forele de inerie care acioneaz n mecanismul motor le vom grupa n dou clase:
a) Fore de inerie ale maselor mj care au o micare de translaie sau o micare alternativ, notat prescurtat Fj.
b) Fore de inerie ale maselor mr care au o micare de rotaie, notat prescurtat Fr.
4.1.3. Forele de ineie ale maselor n micare de translaie ( Fj )
Masa mj care execut micare de translaie accelerat este:
gp 1jm m m kg - mgp este masa grupului piston compus din piston, bol i segmeni; mas
considerat centrat n axa bolului. gp P bo segm m m m kg
Masapistonului( Pm ) 3D - masa pistonului [ ]P pm kg
- D - alezajul [mm] Pentru pistoane fabricate din aliaj de aluminiu , fr segmeni i bol, densitatea aparent
are urmtoarele valori orientative: - pentru M.A.S n 2 timpi avem:
- 3(0,8.....1,0) [kg/dm ]p
- pentru M.A.S n 4 timpi avem: - 3(0,5.....0,8) [kg/dm ]p
- pentru M.A.C n 4 timpi avem: - 3(1,2.....1,4) cu camer de ardere unitar [kg/dm ]p - 3(0,2.....1,2) cu camer de ardere divizat [kg/dm ]p
Masa bolului ( bom ) se poate calcula cu relaia: [ ]bo b OLm V kg
unde: - V b - volumul bolului; - (7,6 ..... 7,8)OL densitatea oelului [kg/dm3] 2 2
b
V =
4ex in
bd
D Dl
Masa segmenilor ( segm ) se adopt constructiv:
- (20 ..... 60) - pentru D = 60 ...... 90 mm [ ]segm g - (60 ..... 150) - pentru D = 90 ...... 120 mm [ ]segm g
[ ]gp P bo segm m m m g Masa 1m este masa din partea bielei ( Bm ), care se consider c efectueaz numai
micare de translaie i este concentrat n piciorul bielei. Descompunerea masei bielei se face aadar n dou mase; una m1, deja menionate,
iarcealalta m2, considerat concentrat n axa fusului maneton i care execut o micare de rotaie, identic cu a manetonului ca n figura 6,3.
ll
l
m1
m 2
21
GG
de unde rezult:
llmm B 21
llmm B 12
Pentru ca efectele forei de inerie ale celor dou mase s fie identice cu cele ale masei a bielei, descompunerea se face respectnd urmtoarele condiii:
Suma celor dou mase s fie egal cu masa bielei ( ). Momentele statice ale celor dou mase s fie egale.
Deci se poate scrie:
Dac se dispune de biel, poziia centrului de greutate G, se poate determina prin cntrire. De obicei la proiecte nu se dispune de biel i de aceea se adopt masa m; iar apoi se calculeaz.
1 B 1 Bm (0.2 ..... 0.3)m (se alege de frecvent m = 0.275 m ) 2 B 1 Bm (0.7 ..... 0.8)m (se alege de frecvent m = 0.725 m )
2 B 1m =m - m
1 ..... [ ]m kg 2 ..... [ ]m kg
Exemplu:
Rezult:
2
4BDm X kg
Avnd adoptate i determinate masele n micare de translaie, se poate calcula mj cu
relaia: 1 [ ]j p bo segm m m m m kg
Cunoscnd expresia acceleraieie n micare de translaie se poate calcula apoi, fora de inerie Fj cu relaia: NamF Pjj
unde: Pa - acceleraia pistonului. n ceeea ce privete direcia forei Fj, ea este ntotdeauna paralel cu axa cilindrului, iar
sensul este precizat n figura 6,4; cnd Fj >0 ea este orientat spre axa de rotaie a arborelui cotit, iar cnd Fj
Fora liber i momentele datorit forei de inerie a maselor cu micare de translaie
Tabelul 4.1 Fora de inerie 0 Fj1=-mjR2cos Fj2 = -mjR2 dcos2 Fj = Fj1 + Fj2 0 10 20 30 40
50 60 70 80 90 100 110 120 130
.
. ..
. 360
4.2. Forele rezultante din mecanismul motor
jg FFF
tgFN
cosFS
Fig.4.3.Forelerezultantedinmecanismulmotor
Tabelul4.2Forelerezultante Fg Fj F 0 10 20 30 40 50 60 . . . .
720
tgFN
40000
20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Axis
Title
AxisTitle
Fg[N]Ft[N]F[N]
cosFS
cos)cos()cos(' FSZ
cos)sin()sin(' FST
Tabelul 4.3. Forele rezultante 0 N S Z T 0 N S Z T 0 210
10 .
20 .
30 .
40 .
50 420
60 430
70 440
80 450
90 460
100 470
110 480
120 490
130 500
140 .
150 .
160 .
170 .
180 .
190 .
200 720
15000
10000
5000
0
5000
10000
15000
20000
0 90 180 270 360 450 540 630 720
N,B
[N]
alfa[RAC]
N
B
4.3. Forele care acioneaz asupra fusurilor arborelui cotit Pentru a determina rezultanta forelor care acioneaz asupra fusurilor arborelui cotit se utilizeaz metoda diagramei polare sau vectoriale. Cu ajutorul diagramei polare se construiete diagrama de uzur n ipoteza c uzura este proporional cu forele care acioneaz asupra fusului maneton. La construirea diagramei de uzur, convenional se consider c rezultanta forelor care solicit la un moment dat fusul se distribuie pe suprafaa lui la 600, de ambele pri ale punctului de aplicaie. Pentru construirea diagramei se traseaz un cerc care reprezint seciunea fusului. La periferia acestui cerc sunt aduse forele rezultante Rm luate din diagrama polar. De la direcia fiecrei fore la 600 n ambele pri se duc n interiorul cercului fii circulare a cror nlime este proporional cu mrimea forei. n mod treptat suprafaa cumulat reprezint nsi diagrama de uzur. Diagrama astfel obinut indic zona celor mai mici presiuni exercitate asupra fusului i deci locul unde trebuie practicat orificiul pentru debitarea uleiului.
4.4. Momentul motor
40000
20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
100 0 100 200 300 400 500 600 700 800
forta[
N]
gradeRAC
Z[N]T[N]
Momentul motor al monocilindrului M se calculeaz cu expresia: Rcos
sinFRTM
Tabelul 4.3 Momentul motor i a forei ce acioneaz asupra fusurilor
0 M Zm=Z+Zb Rm- Rm+ 0 10 20 30 40 50 60 . . .
690 700 710 720