Bobocea Alexandru2
-
Upload
obaciuionel -
Category
Documents
-
view
5 -
download
1
description
Transcript of Bobocea Alexandru2
Date intrareDate de proiectare
Motor cu aprindere prin scanteie
Putere nominala P =64 kW
Turatia nominala n =6000 rot/min
Numar cilindrii i =4
Dispunerea cilidrilor:liniar
Cilindreea totala Vt =1500 cm3
Cursa pistonului S =83 mm
Alezajul D =76 mm
Presiunea maxima a gazelor 71.7*105 N/m2
Bloc motorBlocul Motor
Bloc motor racit cu lichid, cilindrii sunt grupai n blocul cilindrilor care mpreun cu carterul se constituie ntr-o singur pies; Blocul motorului cu cilindri nedemontabili are costul de fabricaie i de montaj mai redus, n schimb este mai complicat constructiv; Material: fonta; Se alege pentru blocurile din font grosimea de perete de 4[mm]; Nervurile prevzute pentru mrirea rigiditii blocului vor avea grosimi cu 1 [mm] mai mari dect grosimea pereilor exteriori. Pentru rcirea cilindrilor se prevede o camer de rcire cu grosime a stratului de lichid de 5[mm].
La proiectarea plcii superioare se va avea n vedere ca bosajele pentru uruburile chiulasei i uruburile pentru capacele lagrelor paliere s fie ct posibil colineare. Diametrul uruburilor pentru chiulas este de 8 [mm], iar adncimea de nurubare este (1,6)durub pentru bloc din font.Capacele lagrelor se centreaz lateral n bloc, nlimea de centrare fiind de 11 [mm]
ChiulasaChiulasaChiulasa monobloc; Camera de ardere amplasata in chiulasa cu forma tip "acoperis";
CilindrulPROIECTAREA CILINDRULUI
Calculul cilindrului
Se adopta ca solutie constructiva camasa de cilindru umeda cu perete de sprijin la partea superioara
Din calculul termic a rezulatat:
valoarea alezajului:
D =76mm
presiunea la sfarsitul arderii pg
pg=71.7*105 N/m27.17N/mm2
Grosimea peretilor se adopta din conditii de rigiditate:
pentru MAS d= 0,06D+2 mm
d = 0.06D+2=6.6mm
Dimensionarea peretelui cilindrului se poate realiza si din relatia tensiunilor in plan longitudinal.
Pentru constructia cilindrului se alege fonta cu l = 3859 [N/mm2]
Se adopta l =40N/mm2
=7mm
Camasa umeda a cilindrului se verifica ca tensiunile sumare sa nu depaseasca valorile admisibile.
Tensiunea de intindere in sectiunea transversala
unde:pg - presiunea maxima a gazelor [N/mm2]D1=2d+D=89mmDmed=83mmt=21.7N/mm2
Tensiunea de incovoiere este data de relatia
W=32738.658736785mm3
i=2.4N/mm2
unde: h - distanta din P.M.I pana la axa boltului [mm] se adopta h=40mm N - forta normala pe peretele cilindrului [Nm]
Din calculul dinamic:
forta normala maxima pe peretele cilindrului Nmax este
Nmax=1985N
Tensiunea totala are urmatoarea expresie:
=24N/mm2
La proiectarea cilindrilor care se sprijina pe un guler la partea superioara, inaltimea H a gulerului camasii se considera desfasurata
Pe unitatea de lungime actioneaza forta:
56125.9745670751N/mm
unde: Fs - forta de strangere a camasii pe bloc si este egala cu forta ce actioneaza asupra suruburilor de chiulasa ale unui cilindru Dm diametrul mediu de etansareAlte dimnesiuni adoptate:
De - diametrul de etansare
93mm Dg - diametrul gulerului
99mm
Ds - diametrul zonei de centrare
94mm
Dm diametrul mediu de etansare
88mm
Momentul incovoietor care actioneaza in gulerul camasii este dat de relatia:
924.2862057Nmm
unde : y - reprezinta bratul dintre cele doua forte Fs care actioneaza asupra gulerului cilindrului:
5mm
Inaltimea gulerului cilindrului Hg:
7mm
unde :ai=80Mpa
Tensiunea egala pentru o portiune egala cu unitatea este:
120Mpa
PistonulPROIECTAREA PISTONULUI
Dimensiunile principale ale pistonului
Din punct de vedere constructiv, ansamblul piston, are urmatatoarele elemente functionale:
1- camera de ardere2- capul3- bosajele pentru bolt4- fusta5- insertiile de otel sau fonta6- boltul7- sigurantele boltului8- segmentii
Elementele dimensionale ale capului pistonului pentru motorul cu aprindere prin scanteie
D- diametrul cilindruluiDb- diametrul exterior al boltuluiHN - distana de la generatoarea alezajului pentru bol la fundul pistonuluiSB - grosimea capului pistonuluiHM - nlimea camerei de ardere din capul pistonului
H= 61 mmL=46 mmLl=46 mmh=5,3mmhc= 4 mm = 6 mmb=30 mm
Calculul pistonului
Se alege piston cu cap plat datorita simplitatii constructive si suprafetei minime de schimb de caldura. Pistonul se face din aliaj de Al pe baza de Si din grupa aliajelor eutectice.Marca aliajului: ATC Si12CuMgNi KS 1275 MAHLE 124 Modulul de elasticitate: E=7500 [daN/mm2] Duritatea Brinell: 90...120 HB la 293 [K] 70...90 HB la 423 [K] 30...40 HB la 523 [K] Rezistenta de rupere la tractiune: la 293 K: 20...25 [daN/cm2] la 293 [K] la 423 K: 18...23 [daN/cm2] la 423[K] la 523 K: 10...15 [daN/cm2] la 523 [K] Rezistenta de rupere la oboseala: la 293 K: 8...12 [daN/cm2] la 293 [K] la 573 K: 5 [daN/cm2] la 523 [K] Densitatea = 2,682,70 [kg/dm3]
Calculul pistonului la solicitari mecanice
Calculul capului pistonului
Pistonul se schiteaza in raport cu solutiile constructive alese. Dimensiunile alese se adopta pe baza datelor statistice:
Lungimea pistonului H
H = 0,800...1.100D =60.8mmse adopta :H =61mm
Lungimea mantalei L
L = 0,5000,800D =45.6mmse adopta :L =46mm
Inaltimea de compresie ll
ll = 0,5000,700D =45.6mm
se adopta:ll =46mm
Inaltimea de protectie a segmentului de foc h
h = 0,0600,120D5.32mmse adopta:h =5.3mm
Grosimea flancului hc
hc = 0,0350,450D=3.8mmse adopta:hc =4mm
Grosimea capului
= 0,0800,100D6.08mmse adopta: =6mm
Distanta dintre bosajele alezajului boltului b
b = 0,2500,400D =30.4mmse adopta:b = 30mm
Capul pistonului se verifica in ipoteza ca acesta este o placa circulara incastrata pe contur, de grosime constanta, incarcata cu o sarcina uniform distribuita, data de presiunea maxima a gazelor din cilindru:
unde: di - diametrul interior al capului pistonului [m];rl - unitar(a=200300 105 [N/m2] pentru aluminiu);pgmax - presiunea maxim a gazelor din cilindrul motorului [N/m2].
se adopta di=68mmrl=172677475.916667N/mm21726.7747591667105 N/m2
Diametrul fundului segmentului d:
d = D - 2 ( jr + t ) =65mm
t = grosimea radiala a segmentului 24mmt = 4mmjr = jocul radial al segmentului jr = 1,3 mm pt D < 100mmjr = 1.3mmCalculul profilului pistonului:
temperatura cilindrului :150350 oC
Tc =200oC473.2K temperatura capului pistonului : 200.. 300 oC
Tp =250oC523.2K
temperatura mediului ambiant (motor rece):
To = 288K
coeficient de dilatare termica al materialului:
Camasii (fonta): c = (1012) 10-6 1/K
c =10.710-6 1/K
Pistonului (Aluminiu): p = (20,521,5) 10-6 1/K
p = 2010-6 1/K
Pentru asigurarea unei functionari normale a pistonului este necesar ca jocul relativ in stare calda, dintre piston si cilindru, sa fie in limitele urmatoare:
's = 0,0020,003 n zona superioar a pistonului's =0.0025mm
'i = 0,0010,002 n zona inferioar a mantalei'i =0.0015mm
Jocurile diametrale in stare calda in zona superioara si inferioara
0.19mm0.11mm
Diametrul pistonului la cald la partea superioara:
Dp = D - 's =75.81mm
Diametrul exterior al pistonului in stare rece la partea superioara si partea inferioara
75.60mm
75.68mm
Jocurile diametrale n stare rece n zona superioar i inferioar
0.40mm0.32mm
Calculul zonei port-segmenti
Umarul canalului pentru segment este supus la solicitari de incovoiere si forecare de catre forta de presiune a gazelor scapate prin interstitiul dintre piston si camasa cilindrului, care actioneaza asupra segmentuli
Valorile eforturilor uniotare se calculeaza astfel:
la incovoiere
28Mpa
unde: Rp raza pistonului [mm] r raza fundului pistonului [mm] Mi momentul incovoietor care solicita umarul canalului segmentului Wz modulul de rezistenta la incovoiere la forfecare
5Mpa
unde:pg - presiunea maximapg =7.17N/mm2
efortul unitar echivalent:
30Mpaech = 14.4 Mpa < echa=45 Mpa
In regiunea port-segment , sectiunea A-A, din dreptul segmentului de ungere este redusa din cauza orificiilor pentru evacuarea uleiului.Ea se verifica la compresie:
278105 N/m2
unde :AA - aria sectiunii reduseAA = 1164mm2
c = 427105 [N/m2] < ac = 200450105 [N/m2]
Cunoscandu-se coeficientul de dilatare termica al materialului pistonului, modulul de elasticitate si alti factori, se poate calcula grosimea peretelui pistonului in zona port-segment, respectiv diametrele.
Pentru partea superioara a capului pistonului
65.3088867178mm
unde :l = distanta de la fundul pistonului la generatoarea alezajului boltului [mm].l = 32mmpme = presiunea medie efectivapme =0.9N/mm2
Pentru partea inferioara a zonei port-segmenti
63.2623615534mm
unde :l' = distanta de la planul care delimiteaza zona port-segment si generatoarea alezajului pentru bolt [mm].l' = 16mmpme = presiunea medie efectivapme =0.9N/mm2
Calculul mantalei pistonului
Presiunea specifica pe mantaua pistonului pentru a preveni intreruperea pelicului de ulei, nu trebuie s depaseasca o anumita valoare determinata conventional:
0.2657904145N/mm2
unde: Nmax - forta normala care actioneaza intr-un plan perpendicular pe axa boltului [N]Nmax =1985N
LN - lungimea mantalei [m]LN =46mm Aev - aria suprafetei proiectata pe un plan normal pe axa boltului [m2]
10955.5503971575mm2
Grosimea peretelui mantalei respectiv diametrele interioare se determina cu urmatoarele relatii:- in planul axei boltului
65.3626953567mm
unde :l1 = distanta de la partea inferioara a pistonului la axa boltului [mm];l1 = 50mmpme = presiunea medie efectivapme =0.9N/mm2
- la partea de jos a mantalei
65.3748083768mmunde :l1' = distanta de la partea inferioara a pistonului la axa boltului [mm];l1' = 22mmpme = presiunea medie efectivapme =0.9N/mm2
Calculul jocurilor segmentului in canalGrosimea segmentului, b:
3.6
unde: K - constantaK =0.08
pgmax - presiunea maxima din cilindru [daN/mm2]
a - efortul unitar admisibil, a = 5,56,5 [daN/mm2]a =6.5[daN/mm2]
Distanta dintre segment si umarul de piston ja:
ja1 =0.078mmja2 =0.024mmja3 =0.037mm
unde : f-constanta f1 =0.075[mm] pt segmentul de focf2 =0.028[mm] pt ceilalti segmenti de compresief3 =0.046[mm] pentru segemtii de ungere
t - grosimea radiala a segmentului [mm]t =4mm b - grosimea axiala a segmentului [mm]b =3mm Al - coeficientul de dilatare pentru materialul pistonului [1/K]
T temperatura segmentului de foc [K]T =240C513.2K
T temperatura segmentului de compresie [K]T =155C428.2K
T temperatura segmentului de ungere [K]T =120C393.2K
Distanta radiala dintre segment si peretele canalului jr :jr = jocul radial al segmentului jr = 1,3 mm pt D < 100mmjr =1.3mm
SegmentiiProiectarea segmentilor Segmentii au rolul de a realiza etansarea camerei de ardere, de a uniformiza pelicula de ulei de pe oglinda cilindrului si de a transmite cilindrului o parte din caldura preluata de piston de la gazele fierbinti. Segmentii care impiedica scaparea gazelor din cilindru n carterul motorului se numesc segmenti de compresie iar segmentii care distribuie uniform si elimina excesul de ulei de pe suprafata cilindrului se numesc segmenti de ungere.
Solutiile adoptate in proiectarea segmentului trebuie sa tina seama de cerintele impuse de siguranta in functionare, durabilitatea ridicata, eficienta etansarii si pretul
Se adopta fonta aliata cu grafit nodular avand urmatoarele caracteristici: duritatea 340 HB r > 500 N/mm2
Se adopta solutia cu trei segmenti (doi de compresie si unul de ungere) deoarece asigura o etansare buna a camerei de ardere si o ungere adecvata a cilindrului.
t - grosimea radiala a segmentuluidis - diametrul interior al segmentuluidic - diametrul canalului de segmentD - alezajul cilindruluib - grosimea axiala a segmentuluihc - inaltimea canalului de segmentR - raza fundului canalului;Ja - jocul pe flancurile segmentului (Ja = hc- b);JP - jocul piston-cilindru;Jr - jocul radial al segmentului; Jr =1/2(dis- dic)tc - dimensiunea radiala a canaluluiCalculul segmentilor
Calculul segmentului urmrete urmtoarele obiective: Sa se stabileasca forma n stare libera si marimea fantei astfel incat prin strangere pe cilindru segmentul sa dezvolte o repartitie de presiune determinata Sa se stabileasca cele doua dimensiuni de baza ale segmentului, t si b Sa se verifice ca tensiunile care apar in segment la deschiderea lui pentru montaj sa nu depaseasca limita admisibila Sa verifice fanta la cald pentru a preveni unirea capetelor in timpul functionarii
5.745N/mm2
coeficientul ce depinde de forma epurei de presiune a segmentului : =0.196
modulul de elasticitateE =1.2106 N/mm2
deschiderea segmentului in stare libera la nivelul fibrei mediiS 0 =14mm
grosimea segmentului t,t =4mm
3.3043478261
sau
11.336
unde: tensiunea admisibila a,a =580N/mm2
coeficient Km,Km =1.742
inaltimea radiala a segmentului: pentru segmentii de etansare:b =3mm
pentru segmentii de ungere:b =5mmCalculul tensiunilor in segment la montaj
147.1554659538
unde: m - coeficient care depinde de metoda de montare pe pistonm =2pt montaj cu ajutorul clestelui
Calculul tensiunii maxime in segment
512.6896433831
Verificarea segmentului in canal
Verificarea segmentului la dilatare se rezuma la determinarea rostului la montaj 3 in vederea evitarii pericolului unui impact al capetelor cu dilatarea, sau a unui rost prea mare care ar periclita etansarea
primul segment de compresie1 = (0,110,20) =0.15mm2 = (0,30,7) =0.5mm
al 2-lea segment de compresie1 = (0,0090,15)=0.1mm2 = (0,30,7) =0.5mm
segmentul de ungere1 = (0,030,8) =0.5mm2 = (0,51,5) =0.9mm
Jocul la capetele segmentului
0.01068mm
unde: coeficientul de dilatare al segmentuluis =1210-6 1/K
coeficientul de dilatare al cilindruluic =1210-6 1/K
s = c =1210-6 1/K
incalzirea segmentuluits = (ts -tc) = (150..200) Kts =150K
incalzirea cilindruluitc = (tc -t0) = (80..150) Kts =100K
primul segment de compresie3 = 0,004D =0.304mm
al 2-lea segment de compresie3 = 0,003D =0.228mm
segmentul de ungere3 = (0,0010,002) D =0.114mm
Jocul la capetele segmentului in stare calda'3 = (0,00150,0030) D =0.152mm
BoltulPROIECTAREA BOLTULUI Proiectarea boltului trebuie s satisfaca cerintele privind obtinerea unei mase cat mai reduse si o rigiditate suficienta pentru functionarea mecanismului motor.
Se alege ca solutie constructiva bolt fix in biela si liber in piston Boltul este confectionat din otel aliat 41MoCrNi13
Calculul boltului
Dimensionarea
Dimensiunile boltului se adopta din date statistice si se efectueaza calcule de verificare a rezistentei la uzura, a solicitarilor mecanice si a deformatiilor precum si precizarea prin calcul a jocurilor de montaj
Diametrul exterior de [mm]
de= (0,240,28)D =0,26D =19.76mm
Diametrul interior di [mm]
di = (0,650,75)de= 0,68de =13mm
Lungimea bolului l [mm]
l = (0,880,93)D = 0,88D =67mm
Lungimea de contact cu piciorul bielei lb[mm]
lb = (0,260,30)D = 0,28D =21mm
Verificarea la uzura
Rezistenta la uzura poate fi apreciata dupa marimea valorilor presiunilor specifice n piciorul bielei (pb) i n umerii pistonului (pp).Schema de calcul este aratata n fig:
Schema de calcul a boltului Conventional se considera c forta care solicita boltul este:
29574.3397081044N
mp=0.85kgmb=0.72kgm1b=0.2338kgm2b=0.6163kgmcb=0.3kgR=0.034m=282.74rad/sec=1/3.6=0.278
32526.4167070888N
-2952.0769989844N
Presiunea n locasurile din piston
35Mpa< Ppa =15.35Mpa
lp =21mm
Presiunea n piciorul bielei
77.35Mpa
Verificarea la ncovoiere
Tensiunea maxima determinata de momentul incovoietor la mijlocul boltului
670.5404441859 < i = 500 N/mm2
unde:0.68
Tensiunea minima determinata de momentul incovoietor la mijlocul boltului
295.1136475801N
Pgmin =65053.7337759793N/m20.0650537338N/mm2
Fjpmin=9336.4531956177NFmin =9631.5668431979N
218.3769839999N/mm2
Efortul unitar mediu (m) i amplitudinea eforturilor unitare (a) se determin cu
444.4587140929N/mm2
226.081730093N/mm5
Pentru parametrii care intra n relatiile de calcul ale coeficientului de siguranta se pot folosi urmatoarele valori:
rezistenta la oboseala pentru ciclul simetric de incovoiere-1 = 340380 N/mm2 pentru otel aliat-1 = 360N/mm2
rezistenta la oboseala pentru ciclul pulsator de incovoiere
540N/mm2
coeficientul tensiunilor
0.3333333333
coeficientul efectiv de concentrare la solicitri variabile: kk =1
factorul dimensional: = 0,8...0,9 =0.85
coeficientul de calitate al suprafeeibol cementat cu suprafaa lustruit: = 1,52,5 = 2
Pentru boltul fix n biela, ciclul este asimetric, iar coeficientul de siguranta se calculeaza cu ecuatia:
1.2804909906
Valoarea admisibil a coeficientului de siguran la ncovoiere pentru bolul fix n piciorul bielei este cuprins ntre 24
Verificarea la forfecare
Verificarea la forfecare se realizeaza in sectiunile dintre partile frontale ale bosajelor si piciorul bielei.
Tensiunea unitara la forfecare se determina cu relatia
175.4426681725N/mm2
Valoarea admisibila a efortului unitar este de (150220)N/mm2 pentru otel aliat
a =180N/mm2
Calculul la ovalizare
Valorile eforturilor unitare de ovalizare in sectiunile caracteristice se obtin din conditiile = 00 i = 900
380.435270372N/mm2
1 =17
234.974725818N/mm2
2 =10.5
156.649817212N/mm2
3 =7
268.542543792N/mm2
1 =12
Valorile marimilor: K, 1, 2, 3, 4, repartitia sarciniiDeformatia maxima de ovalizare
0.0301656441mm
unde: E =210000 K=1.1
Se recomanda ca deformatia de ovalizare sa fie mai mica decat jocul radial la cald
' = (0,00050,002)deb =0.03952mm
Calculul jocului la montaj
Jocul de montaj dintre bolt si locasul sau din piston
-0.0043308295
unde: coeficientul de dilatare al materialului boltuluiol =1210-6 1/K coeficientul de dilatare al materialului pistonuluial =2110-6 1/K tb temperatura boltului, Ktb =423K tp temperatura pistonului, K tp =473K t0 tempratura mediului ambiant, Kt0 =293K
Deoarece tp > tb i AL >ol este posibil apariia de jocuri negative
In cazul in care boltul este fix n piciorul bielei functionarea la pornire este posibila numai dac boltul se monteaza cu joc in locasurile din piston, joc care in timpul functionarii se poate mari.
Biela Calculul bielei Biela este elementul component al mecanismului motor, care transmite, prin intermediul boltului, forta de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit. Ea este compusa din trei parti: piciorul bielei, corpul bielei si capul bielei.
Datorita actiunii fortei de presiune a gazelor, biela este supusa la comprimare si flambaj. La comprimare pot aparea deformatii remanente, care scurteaza biela. Flambajul corpului bielei determina o perturbare a paralelismului axelor alezajelor bielei si o intensificare a uzurii lagarelor.
Conditiile de solicitare la care este supusa biela in functionarea motorului impun gasirea acelor solutii constructive ale bielei care sa asigure o rezistenta si o rigiditate maxima in conditiile unei mase cat mai mici.
Calculul piciorului bielei
La proiectarea piciorului bielei trebuie sa se tina seama de dimensiunile boltului si de tipul imbinarii piston-bolt-biela.
Dimensiunile piciorului bielei
Se alege ca solutie constructiva bolt fix in biela si liber in piston.
Diametrul exterior al piciorului bielei de,
de = (1,251,65) d =25.688mmse adopta : de =26mm
Diametrul interior al piciorului bielei di,
di = d + 2 hb =24mm
Grosimea radiala a piciorului bielei hp,
hp = (0,160,20) d =3.3592mmse adopta : hp =3mm Grosimea radiala a bucsei hb,
hb = (0,0800,085) d =1.5808mmse adopta : hb =2mm
Lungimea de contact a boltului cu piciorul bielei a,a =21mm
Solicitarea de intindere
Forta de intindere are valoarea maxima cand forta datorata presiunii gazelor este minima, deci cand pistonul se afla la PMS la inceputul cursei de admisie. In aceste conditii forta de intindere se determina cu urmatoarea relatie:
2952.0769989844N
unde: mp - masa pistonuluimp =0.85kg r - raza arborelui cotitr =0.034m - viteza unghiulara a arborelui cotit =282.74rad/sec =0.2777777778
Schema de calcul a piciorului bielei la intindere
Tensiunile unitare produse de forta de intindere se determina in urmatoarele ipoteze: piciorul bielei reprezinta o grind curba incastrata in zona de racordare a piciorului cu corpul bielei forta de intindere este distribuita uniform pe jumatatea superioara a piciorului
In cazul in care unghiul de incastrare i >90o, momentul incovoietor si forta normala in sectiunea de incastrare au urmatoarele expresii:
7466.8867876652Nmm
997.531216049Nunde: Mo - momentul incovoietor in sectiunea B-B determinat de forta de intindere
-1063.2011488048Nmm
No - forta normala n sectiunea B-B determinata de forta de intindere
1683.229603225N
i se introduce n radianise adopta i =130o i =2.2689280276rad
rm - raza medie
12.440mm
In sectiunea de incastrare momentul incovoietor si forta normala solicita atat piciorul bielei cat si bucsa sau boltul presat, in aceste conditii se utilizeaza un coeficient de proportionalitate care are expresia:
0.6774193548
unde: Ab - aria seciunii bucseiAp=2*hb*aAb =85.12mm2
Ap- aria seciunii picioruluiAb=2*hp*aAp =127.68mm2
EBZ- modulul de elasticitate al materialului bucsei sau boltului presatEBZ =1.5105 N/mm2
EOL- modul de elasticitate al materialului bieleiEOL =2.1105 N/mm2
Tensiunile n sectiunea de incastrare A-A pentru fibra interioara (i ), respectiv exterioar (e) produse de forta de intindere se calculeaza cu relatiile:
-244.722559406N/mm2
227.7291850804N/mm2
Solicitarea de compresiune
Schema de calcul a piciorului bielei la compresiune
Forta de compresiune are valoarea maxima cand presiunea din cilindru are valoarea maxima
29574.3397081044N
Calculul tensiunilor produse in piciorul bielei de solicitarea de compresiune se efectueaza n urmatoarele ipoteze: Piciorul bielei se considera o grinda curba incastrata in zona de racordare cu corpul bielei Forta de compresiune este distribuita sinusoidal pe jumatatea inferioara a piciorului.
Momentul incovoietor si forta normala in sectiunea de incastrare A-A, determinate de forta de compresiune pot fi calculate cu relatiile:
-1195.2005404785Nmm
122.7418960993N
unde: c se msoar n radianic =110oc =1.9198621772rad Mo' - momentul incovoietor in sectiunea B - BMo' / Fc rm 103 =0.25N/mm2Mo' =0.5943396244N/mm2
No' - forta normala in sectiunea B - BNo' / Fc 103 =0.9No' =26.6169057373N
Valorile tensiunilor in sectiunea de incastrare determinate de forta de compresiune se calculeaza cu urmatoarele expresii:
pentru fibra interioara
42.1687003432N/mm2
pentru fibra exterioara
-33.4551300988N/mm2
Solicitarea datorata presarii bucsei
In timpul functionarii motorului la strangerea de montaj (m) se adauga o solicitare suplimentara de compresiune (t ) datorata dilatarii bucsei de bronz.
strangerea de montajse adopta m =0.007mm
Dilatarea termica a bucsei se determina cu urmatoarea relatie
0.019008mm
unde: di- diametrul interior al piciorului bielei
coeficientul de dilatare al bucseiBZ =1810-6 1/K
coeficientul de dilatare al materialului bieleiOL =1010-6 1/K
temperatura piciorului bielei t = 373423 Kt =373K
temperatura mediului ambiant tm = 273 Ktm =273K
Presiunea datorata strangerii poate fi obtinut cu expresia:
8.64455211N/mm2
unde: -coeficientul lui Poisson =0.3
Valorile tensiunilor produse de presiunea pf sunt: in fibra interioara
96.2108471341N/mm2
in fibra exterioara
87.5662950241N/mm2
Coeficientul de siguranta al piciorului bielei se calculeaza in ipoteza unei solicitari de oboseala dup un ciclu simetric de intindere - compresiune, pentru fibra exterioara n sectiunea de incastrare
Valorile maxime i minime ale tensiunilor ciclului sunt:
315.2954801045N/mm2121.021425123N/mm2
Amplitudinea a i tensiunea medie m a ciclului:
97.1370274908N/mm2
218.1584526137N/mm2
In aceste conditii expresia coeficientului de siguranta poate fi scrisa sub forma urmatoare:
1.9222845943
unde: rezistenta la oboseala pentru ciclul simetric de intindere - compresiune-1t= 340400 =360N/mm2
coeficient de concentrare k k =1
factorul dimensional = (0,80,9) =0.85
coeficientul ce depinde de caracteristicile materialului = 0,120,20 =0.16
coeficientul de calitate al suprafetei = 0,700,80 =0.75
Valorile coeficientului de siguranta calculate trebuie sa fie cuprinse n intervalul 25
Deformaia produs piciorului bielei sub aciunea forei de inerie se determin cu relaia
0.0054260853mm
unde: I - momentul de inerie al suprafeei seciunii piciorului bielei
15.96mm3
Calculul corpului bielei Dimensiunile caracteristice mai raspandite pentru profilul n dublu T al corpului bielei sunt determinate pe baza prelucrarilor statistice ale constructiilor existente.
Dimensiunile corpului bielei :
Hp = (0,0481,0) de = 0,7deHp =18mm Hc = (1,101,35) Hp = 1,20 HpHc =22mm hi = 0,666 Hp hi =12mm H =l(de+dm)2H =91.22mm B = 0,75 HpB =14mm a = 0,167 HpDimensiunile corpului bielei a =3mm l - lungimea bileleise adopta l = 122mm l1 - lungimea incastarta a bieleil1=
se adopta l1 =91mmCorpul bielei se calculeaza la oboseala fiind supus la: intindere de forta de inertie maxima a maselor aflate n miscare de translatie la compresiune de rezultanta dintre forta maxima a gazelor si forta de inertie
Calculul se realizeaza in sectiunea minima atunci forta care solicita corpul bielei la intindere este:
3764.0718252933N
Tensiunile la intindere sunt:
31.4152270264N/mm2
unde: A - aria sectiunii de calcul a corpului bielei119.81679528mm2
Corpul bielei este supus la compresiune de catre forta determinata cu relatia:
28762.3448817955N
Tensiunea de compresiune este data de relatia:
240.0526972415N/mm2
Tensiunile de flambaj sunt:
in planul de oscilatie:
268.8590209105N/mm2
unde:e - limita de elasticitateIx - moment de inertie in planul de oscilatiel - lungimea barei cu capete articulate
C =0.0003 in planul de incastrare
268.8590209105N/mm2
unde:e - limita de elasticitateIy - moment de inertie in planul de incastrarel1 - lungimea barei cu capete incastrate
Insumarea tensiunilor de compresiune si de flambaj poate fi realizata dupa urmatoarele relatii:
in planul de oscilatie:
508.911718152N/mm2
in planul de incastrare
508.911718152N/mm2
unde:
1.12
Corpul bielei este supus la solicitari variabile, de intindere si compresiune dupa un ciclu simetric. Coeficientul de sigurant se determina cu relatia:
1.8793803538
unde: max tensiunea maxima: max = to =508.911718152N/mm2 min tensiunea minima: min = c =240.0526972415N/mm2 a amplitudinea ciclului134.4295104552N/mm2
m tensiunea medie
374.4822076967N/mm2
Calculul capului bielei
Dimensiunile caracteristice ale capului bielei se deduc din dimensiunile fusului maneton
Capul bielei se racordeaza cu raze mari la corpul bielei ceea ce face neinsemnata solicitarea de compresiune a acestuia
Solicitarea de intindere se transmite numai capacului si este determinata de forta de inertie a pieselor aflate in miscare de translatie i de forta centrifuga a masei bielei care efectueaza miscarea de rotatie mai putin masa capacului bielei.
2948.6643677733N
Calculul tensiunilor se realizeaz admind urmtoarele ipoteze
Capul bielei este o bara curba continua Sectiunea cea mai solicitata este sectiunea de incastrare A-A Capacul bilei are sectiunea constanta cu un diametru mediu egal cu distanta dintre axele suruburilor Fora de ntindere este distribuit pe jumtatea inferioar a capacului dup o lege sinusoidal Cuzinetul se deformeaz impreuna cu capacul si preia o parte din tensiuni proportionala cu momentul de inertie al sectiunii transversale
Tensiunea n fibra interioara n sectiunea de calcul este data de relatia:
120N/mm^2
unde: Icp- momentul de inertie ale capacului Icp = Icuz - momentul de inertie ale cuzinetului Icuz = Acp - aria sectiunii capacului Acp= Acuz - aria sectiunii cuzinetului Acuz = Wcp- modulul de rezistenta la incovoiere al sectiunii capaculuiWcp =a - Rezistenta admisibil este de 100150 N/mm2
Calculul suruburilor de biela
Pentru prinderea capacului se utilizeaza doua sau patru suruburi, din partea capacului spre capul bieleispre capul bielei Utilizarea unor suruburi fara piulite face posibila micsorarea dimensiunilor capului de biela. In cazul adoptarii acestei, solutii pentru surub, se fileteaza gaura din partea superioara a capului bieleisuperioara a capului bielei Capul si corpul suruburilor de biela pot avea diverse forme constructive in functie de solutia adoptata pentru capul bieleisolutia adoptata pentru capul bielei Materialele care raspund cerintelor impuse bielei sunt: otelurile de imbunatatire cu continut mediu de carbon (0,35...0,45%) marcile OLC 45 X, OLC 50 si otelurile aliate marcile 40C 10, 41 MoC 11marcile 40C 10, 41 MoC 11 Suruburile de biela se executa de regula din aceleasi materiale ca si biela Suruburile de biela sunt solicitate de forta de strangere initiala Fsp si de forta de inertie a maselor in miscare de translatie si a maselor in miscare de rotatie care se afla deasupra planului de separare dintre corp i capac.
Forta de inertie care solicita un surub 1474.3321838867N1474.33N
unde : z - numarul de suruburi de pe o bielaz =2 Forta de strangere initiala a surubului
3685.8304597167N
In timpul functionarii, asupra surubului de biela actioneaz forta:
3980.696896494N
unde : - este constanta care tine seama de elasticitatea sistemului = 0,150,25 =0.2 Tinand seama de fortele care solicita suruburile de biela, acestea se dimensioneaz tinand seama de solicitarea la intindere si se verific la oboseala
Schema de calcul a capului bielei
Diametrul fundului filetului
7.1783476mm
unde: cc - coeficient de siguranta, cc= 1,253,00cc =2.5 c1 - factor care tine seama de solicitarile suplimentare de torsiune care apar la strangerea piulieic1 =1.3 c2 - factor care tine seama de curgerea materialului n zona filetatac2 =1.2c - limita de curgere a materialului surubuluic =1000N/mm2 Diametrul partii nefiletate
7.7579883mm
Verificarea la oboseal
Tensiunile maxime
98.3603940209N/mm2
84.2114195407N/mm2
Tensiunile minime
91.0744389082N/mm2
77.9735366117N/mm2
unde: As - aria sectiunii surubului in partea filetata
40.4705261312mm2
As' - aria sectiunii surubului in partea nefiletata
47.2702742479mm2
3.6429775563N/mm2
94.7174164646N/mm2
Coeficientul de siguranta:
3.0083716024
unde: -1= 300700 N/mm2-1= 400N/mm2 k= 3,04,5 pentru oel carbon k =3.5 = 0,81,0=0.9 = 1,01,5 =1.2 =0.2 Valorile coeficientului de siguranta calculat trebuie s se incadreze in intervalul 2,5...4,0
Arborele cotitArborele cotit
In procesul de lucru arborele cotit preia solicitarile variabile datorate fortei de presiune a gazelor si fortei de inertie a maselor in miscare de translatie si de rotatie, solicitari care au un caracter de soc.
Aceste forte provoaca aparitia unor tensiuni importante de intindere, comprimare, incovoiere si torsiune. In afara de acestea, in arborele cotit apar tensiuni suplimentare cauzate de oscilatiile de torsiune si de incovoiere.
La proiectarea arborelui cotit se vor alege solutii care sa asigure o rigiditat maxima. Pentru atingerea acestui deziderat la cele mai multe constructii fusurile paliere se amplaseaza dupa fiecare cot, diametrele acestora se maresc, iar lungimile acestora se micsoreaza, de asemenea aceste masuri fac posibila marirea dimensiunilor bratelor.
Pentru a satisface cerintele impuse arborilor cotiti, rezistenta la oboseala, rigiditate, o calitate superioara a suprafetelor fusurilor, acestia se executa din fonta sau otel
Calculul arborelui cotit
Avand in vedere conditiile de functionare, prin calcul, arborele cotit se verifica la presiune specifica si incalzire, la oboseala si la vibrati de torsiune
Calculul arborelui cotit are un caracter de verificare, dimensiunile lui adoptandu-se prin prelucrarea statistica a dimensiunilor arborilor cotiti existenti
Concomitent cu dimensionarea arborelui cotit se adopta si configuratia contragreutatilor. (masa si pozitia centrului de greutate se determina la calculul dinamic al motorului).
Dimensiunile relative ale elemetelor arborelui cotit:
lungimea cotului l = (0.90...1.20)Dl =91mm
Diametrul fusului palier dp = (0,600,80) Ddp =46mm
lungimea fusului palier lp paliere intermediare : lpi = (0,3 0,5) dplpi =18mm paliere externe sau medii lpe = (0,50,7) dplpe =27mm
Diametrul fusului maneton dm = (0,550,70) Ddm =42mm
Lungimea fusului maneton: lm = (0,450,6) dmlm =25mm
diametrul interior dmi = (0,60,80) dmdmi =29mm
Grosimea bratului: h = (0,150,36) dmh =15mm
Latimea bratului b = (1,171,90) dmb =63mm
Raza de racordare: (0,060,1) dmR rac =3mm
Verificarea fusurilor la presiune si incalzire
Pentru a se preveni expulzarea peliculei dintre fusuri si cuzineti trebuie s le limiteze presiunea maxima pe fusuri
Presiunea specifica conventionala maxima pe fusurile manetoane si paliere se calculeaza cu relatiile:
37.9169432934MPa
34.8316308864MPa
unde: Rmmax - fotra maxima care incarca fusul manetonRmmax =39750N
Rpmax - fotra maxima care incarca fusul palierRpmax =28971N
ppmax.a = 7.15 Mpa = 15MPappmax= 14,62