Uniformizarea micrii arborelui cotit

73

4.2.3 Momentul de inerie (Jv) i masa volantului (mv). Pentru calculul momentului de inerie al volantului, care are ponderea cea mai mare ntre momentele de inerie ale tuturor pieselor n micare dintr-un motor, se pornete de la observaia c prin dimensiunile sale volantul trebuie s asigure su-prafaa de frecare necesar ntre acesta i discul ambreiajului pentru a se putea transmite, la cutia de viteze, momentul maxim al motorului majorat cu un coeficient de siguran. Pornind de la momentul maxim produs de motor se determin diame-trele exterior (De) i interior (Di) al garniturilor de friciune ale ambreiajului, folo-sind relaiile :

3 2max_

1120

ccpnM

Ds

ee

[mm] ei DcD [mm] (4.17)

unde : este un coeficient de siguran al ambreiajului i se recomand : 1,41,7 pentru autoturisme cu capacitate normal de trecere; = 2,02,5 pentru autoturisme cu capacitate mrit de trecere; 3,04,0 pentru autoturisme de competiii sportive; Me_max - momentul motor efectiv maxim, n Nm (preluat din ca-racteristica exterioar a motorului, la turaia de moment maxim, nM); = 0,20,4 - coeficientul de frecare dintre volant i discul de ambreiaj; n numrul discurilor de friciune ale ambreiajului (de regul n = 1); ps presiunea specific dintre suprafee-le de frecare ale ambreiajului pentru care se admite ps = 0,20,5 MPa, pentru gar-nituri din rini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau cu fibre de sticl i ps = 1,52,0 MPa, pentru garnituri metaloceramice; c = Di/De = 0,53...0,75 este ra-portul dintre diametrele interior i exterior ale garniturii de friciune a ambreiajului. Cu diametrele astfel calculate, se determin aria unei suprafee de frecare a garniturii de friciune a ambreiajului, folosind relaia :

224 ie

DDA [cm2] (4.18)

Garniturile de friciune au dimensiuni normalizate prin STAS 7793-83, drept pentru care acestea (De i Di) se vor alege din tabelul 4.2, astfel nct aria ofe-rit, (coloana A [cm2]), s fie cel puin egal cu cea calculat n relaia (4.18).

Tabelul 4.2 Dimensiunile normalizare ale garniturilor de friciune pentru ambreiaje

A [cm2] De [mm] Di [mm] 98 150 100

106 160 110 132 180 125

CALCULUL I CONSTRUCIA MOTOARELOR PENTRU AUTOMOBILE

74

181 200 130 221 225 150 302 250 155 314 250 150 402 280 165 493 300 165 514 310 175 517 305 165 561 325 185 663 350 195

Avnd stabilite aceste diametre i considerndu-le drept cote absolut obliga-

torii, se trece la proiectarea constructiv a volantului respectnd, n afara acestora, i dimensiunile maxime de gabarit pe care la permite locul de dispunere a ambreiaju-lui. Rezult astfel un desen al volantului, de exemplu, ca cel din fig.4.8

Acesta este apoi divizat n cel mai mic numr posibil de inele circu-lare, de seciune dreptunghiular, ceea ce permite determinarea momentului de inerie i a masei volantului prin nsumarea momentelor de inerie i a maselor tuturor acestor inele.

Atand volantului un sistem de axe yOz, cu axa Oz suprapus pe axa de rotaie a arborelui cotit, masa i momentul de inerie mecanic, al unui singur element inelar i, n raport cu axa Oz, se determin cu relaiile 4.19 i 4.20 unde :R(i) i r(i) - razele exterioar i interioar a elementului de volant i; xss, xdj, yss(i) i ydj(i) - coor-donatele stnga sus i dreapta jos ale seciunii transversale, pentru ele-mentul i de volant (i = 1,2,n)

Fig.4.8 Volantul motorului

1

Di

De

y 2

3

4

5

6

7

V5d (zdj;ydj)

V5s

(zss

;yss

)

z

Uniformizarea micrii arborelui cotit

75

ssdjdjssiiv xxyyVm 22 [kg] (4.19) 2 )(2 )()(2)(2)()()( 2

121

idjissiiiii yymvrRmvJv [kgmm2] (4.20)

nsumnd masele i momentele de inerie ale celor i elemente inelare, rezult masa i momentul de inerie al ntregului volant. Deci :

ici

iivv mm

1)( ,

ici

iiJvJv

1)( (4.21)

unde ic este numrul total de inele circulare n care a fost mprit volantul. De asemenea, acest disc conductor (volantul) contribuie la calculul puterii calorice disipate prin frecarea ce se produce la cuplarea-decuplarea ambreiajului (calcul termic al ambreiajului). n plus la dimensionarea volantului se ine seama de faptul c pe exteriorul acestuia se fixeaz o coroan dinat necesar pornirii moto-rului prin procedeul cu electromotor.

4.3 Gradul de neuniformitate al vitezei unghiulare a arbore-

lui cotit Momentul motor al unui policilindru variaz, pe parcursul unui ciclu motor, ntre o valoare minim i una maxim, ceea ce se evideniaz prin gradul de neuni-formitate al acestuia M, definit de relaia (4.2) Variaia momentului motor induce i o variaie a vitezei unghiulare a arbo-relui cotit, ce poate fi definit printr-o relaie asemntoare, care reprezint gradul de neuniformitate al acesteia :

med

minmax (4.22)

Variaia vitezei unghiulare a arborelui cotit determin vibraii torsionale ale acestuia, vibraii introduse n transmisie i preluate de caroserie. De aceea este util determinarea acestei variaii a vitezei unghiulare precum i controlul i reducerea ei nc din faza de proiectare a motorului. n acest sens, principala cale pentru reduce-rea variaiei vitezei unghiulare a arborelui cotit o constituie ataarea volantului al crui moment de inerie (Jv) se adaug la cel al subansamblurilor aflate n micare de rotaie i de translaie. Se tie c n regim de funcionare stabilizat al motorului (turaie i sarcin constant), momentul motor mediu trebuie s fie egal cu momentul rezistent la nain-tare. Cum ns, pe parcursul unui ciclu motor, momentul produs nu este constant, ci

CALCULUL I CONSTRUCIA MOTOARELOR PENTRU AUTOMOBILE

76

el variaz n jurul unei valori medii, rezult c variaia vitezei unghiulare este pro-vocat tocmai de excedentul sau deficitul de lucru mecanic fa de lucrul mecanic necesar nvingerii rezistenelor la naintare. Excedentul de lucru mecanic corespunde ariei A12, situat deasupra valorii medii (fig.4.9), iar deficitul corespunde ariei A01+A23, situat sub valoarea medie Mmed. Condiia evident este A12=A01+A23.

Fig.4.9 Variaia momentului motor pentru o perioad

Cum aria situat deasupra valorii medii este egal cu cea situat sub aceas-t valoare, rezult c viteza unghiular variaz cu aceeai mrime, att n sensul creterii, ct i n sensul scderii ei. De aceea este suficient s se determine lucrul mecanic, de exemplu, cel corespunztor ariei A12, care provoac creterea vitezei unghiulare. Pentru aceasta se recurge la planimetrarea ariei A12, dup care aria obi-nut se transform n lucru mecanic, cu relaia :

grdrad

desenmmgrdk

desenmmmNkdesenmmAJL M 180

][][ 21212

(4.23)

unde, kM i ksunt scrile de reprezentare a momentului i respectiv a unghiului Pentru o turaie medie dat, gradul de neuniformitate al vitezei unghiulare se determin din relaia L12 = Jt 2med rezultnd :

]/[][][10

2212

6

sradmmkgJJL

medt

(4.24)

unde, Jt este momentul de inerie al tuturor pieselor mecanismului motor, inclusiv

volantul iar 30

nmed

este viteza unghiular medie a arborelui cotit.

A12

A01

A23

M

M [Nm]

medM0 1 2

3

[grd.RAC]

+

- -

Uniformizarea micrii arborelui cotit

77

Gradul de neuniformitate al vitezei unghiulare, la motoarele pentru automo-bile, se recomand s fie cuprins ntre 1/80 .... 1/300. Pe baza relaiei (4.22) i a aproximrii pentru :

2

minmax

med (4.25)

se poate alctui urmtorul sistem de ecuaii :

med

med

2minmax

minmax (4.26)

de unde rezult :

2

1max

med

2

1min

med (4.27)