CuprinsCapitolul 1 Alegera a 10 motoare similar cu cel impus prin tema………………………………………………………2

Capitolul 2 Stabilirea formei functional constructive.............................................................................3

2.1 Metoda de calcul.........................................................................................................................5

2.2 Evaluarea rapiditatii motorului....................................................................................................6

2.3 Calculul proceselor de schimbare a gazelor.................................................................................7

2.4 Trasarea diagramei ciclului........................................................................................................13

2.5 Indicii tehnico-economici ai motorului......................................................................................13

2.6 Bilantul energetic al motorului..................................................................................................15

Capitolul 3 Calculul Dinamic...........................................................................................................17

3.1 Alegerea tipului de mecanism biela-manivela.....................................................................17

3.2 Calculul dimensiunilor principale ale mecanismului motor..................................................17

3.3 Stabilirea maselor pieselor in miscare ale mecanismului motor.........................................18

3.4 Calculul fortelor si a momentului care actioneaza asupra echipamentului mobil al unui cilindru.............................................................................................................................................19

3.5 Calculul momentului motor rezultant........................................................................................22

3.6 Diagrama polara a fusului maneton...........................................................................................24

3.7 Diagrama de uzura a fusului maneton.......................................................................................27

Capitolul 4 Dimensionarea mecanismului motor..............................................................................30

4.1 Calculul si constructia segementilor de compresie....................................................................30

4.2 Calculul si constructia boltului...................................................................................................33

4.3 Calculul si constructia pistonului................................................................................................41

4.3.1 Stabilirea dimensiunilor......................................................................................................41

4.3.2 Calculul pistonului...............................................................................................................42

4.4 Calculul si constructia bielei.......................................................................................................46

4.4.1 Alegerea materialelor.........................................................................................................46

4.4.2 Calculul piciorului bielei......................................................................................................46

4.4.3 Calculul capului bielei..........................................................................................................52

4.4.4 Calculul corpului bielei........................................................................................................57

4.5 Calculul si constructia arborelui cotit.........................................................................................59

4.5.1 Stabilirea formei generale...................................................................................................59

4.5.2 Calculul de verificare a arborelui cotit.................................................................................60

1

Tema de proiect C.c.m.a.i.

2

Proiectare generala a unui motor cu ardere interna pentru tractiune rutiera in

4 timpi, racit cu lichid avand urmatoarele caracteristici si performante:

Tip: MAC

Puterea: Pe=55 [kw]

Turatia: n=3100 rpm

Numar cilindrii: 4

Dispunere: linie

Raport de comprimare : ε = 19

Presiune de alimentare: Ps=0,1 [MPa]

Coeficientul de exces de aer: λ=1,4

Procedeu de ardere: IDp

Utilizare: Tractor

Student : Botezan Ionut Adrian

Facultatea : Transporturi

An :III

Capitolul 2 Stabilirea formei functional constructiveFormula functional constructive cuprinde ansamblul solutiilor de principiu care confera

motorului o anumita individualitate.

3

Motorul proiectat face parte, dupa puterea nominaal si utilizare, din categoria motoare cu

aprindere prin comprimare (MAC) pentru autovehicule rutiere.

Numarul de timpi ai ciclului motor

Motoarele in 2 timpi au avantajul unor puteri litrice ridicate si al simplitatii constructive

prin absenta mecanismului de distributie. In schimb prezinta dezavantajele unui

randament efectiv redus din cauza desfasurarii schimbarii gazelor in conditii mai dificile.

Pentru aceste motive motoarele in 2 timpi si-au gasit utilizarea numai la motoarele la care

cele doua dezavantaje devin preponderente. In consecinta pentru motorul proiectat s-a

adoptat ciclul in 4 timpi.

Combustibil utilizat

S-a ales combustibilul de natura petroliera, motorina, amestecul aer-combustibil avand loc

in interiorul cilindrului prin injectie la sfarsitul cursei de comprimare.

Tipul de admisie

Motoarele in 4 timpi pot avea admisie normala (aspiratie) sau fortata (supraalimentare).

Supraalimentarea a aparut initial ca metoda de refacere a puterii la altitudine.

La motorul proiectat s-a adoptat admisia normal.

Procedeul de ardere si coeficientul de exces de aer (λ)

Procedeul de ardere in volum se poate realiza in camera de ardere unitare (injectie directa)

sau divizate ( cu camera separate de preardere, separata de vartej, rezerva de aer).

La motorul proiectat s-a adoptat procedeul de ardere al injectiei directa in volum.

Corespunzator acestui procedeu de ardere s-a ales coeficientul de exces de aer λ = 1.5.

Raportul de comprimare (ε)

Cresterea raportului de comprimare reprezinta principalea cale de sporire a economicitatii

motorului cu ardere interna.

4

La MAC valoarea maxima a raportului de compriare este limitata de nivelul solicitarilor

termice si mecanice acceptabile. De aceea motoarele cu injectie directa utilizeaza valori

mai reduse pentru raportul de comprimare.

In acest context, tinand seama de realizarile in domeniu s-a optat pentru ε=19.

Raportul dintre cursa pistonului (S) si diametrul cilindrului (D)

Raportul Ψ=S/D influenteaza mult performantele motoarelor, tendinta generala in

dezvoltarea motoarelor fiind de reducere.

Tinand seama de influentele aratate si de faptul ca la MAC regimul de presiuni din

cilindru este mai ridicat decat la MAS si turatiile sunt mai reduse am ales Ψ=1,1 .

Numarul de cilindri si dispunerea lor

Motoarele usoare de tractiune rutiera sunt rar monocilindrice ( MAS motociclete, MAS si

MAC cu utilizari stationare de putere mica). Cresterea numarului de cilindri ,I’ duce la un

moment motor mai uniform si un echilibru mai bun, reducerea alezajului permite turatii

mai ridicate. Se complica constructia si intretinerea motorului. Uzual la categoria de

motoare in cauza se utilizeaza dispunerea cilindrilor in linie vertical, inclinat sau

orizontalcare este cea mai simpla, sau in ,V’ care este mai compacta.

La motorul proiectat s-a optat pentru o dispunere in linie, i=4.

2.1 Metoda de calculSe utilizeaza metoda ciclului teoretic corectat , care este mai expeditiva dar a carei precizie

depinde de alegerea corespunzatoare , din date statistice a unui numar relatic mare de

parametrii.

In figura de mai jos se prezinta diagrama ciclului teoretic , pentru motorul cu

aprindere prin compresie:

5

Ipoteze simplificatoare ce caracterizeaza ciclul teoretic :

Evacuarea fortata (b’-g) si admisia (s-a) – izobare , la pg>p0(ps), respective pa<p0(ps);

Comprimarea (a-c) si destinderea (z-b), politrope de exponent constant ,mc respective

md;

Arderea la MAC – izocora faza rapida (c-y) si izobara cea moderata ( y-z);

Evacuarea libera (b-b’) izocora in PME de la sfarsitul cursei de destindere

Supapele se deschid si se inchid in punctele moarte ale mecanismului motor

Declansarea injectiei (MAC) in PMI de la sfarsitul cursei de comprimare(se

neglijeaza avansul)

2.2 Evaluarea rapiditatii motorului

Se porneste de la alegerea puterii litrice , pentru motoare cu aprindere prin compresie

MAC cu destinatia tractor, puterea litrica ia valori in intervalul 14,36….30 [kW/l]. Se

adopta puterea litrica (P1)

P1=20 [KW/l]

6

Cunoscand puterea litrica (P1) se poate determina cilindreea motorului cu ajutorul

formulei: V=PcPi [dm3]

Cilindree 2.07 l

Raportul Ψ=S/D se alege in functie de tipul motorului si utilizarea acestuia, asfel pentru

motorul cerut prin tema de proiect parametrul Ψ .Se va opta pentru valoarea de:

raportul psi S/D 1.1 -

Se stie ca cilindreea totala a motorului se poate calcula cu formula :

V t=i⋅V s=i⋅π⋅D2

4⋅S=i⋅π⋅D3

4⋅Ψ

,de aici rezulta ca D=√ 4⋅V S⋅106

π⋅S

Alezaj 82 mm

Si S= Ψ D∙

Cursa 99 mm

Cunoscand cursa pistonului si turatia motorului se poate calcula viteza medei a

pistonului: Wpn=S∗n30

[m/s].

Viteza medie a pistonului 10.23 m/s

2.3 Calculul proceselor de schimbare a gazelor

2.3.1 Schimbul de gaze

a) Evacuarea

7

La calculul schimbului de gaze pe durata evacuarii trebuie alesi 2 parametrii, si anume:

1)Presiunea in timpul evacuarii fortate pg

Pentru motoarele rapide cu admisie normal(atat MAS cat si MAC), presiunea in

timpul evacuarii fortate se recomanda sa se aleaga in intervalul(1,05….1,15) ∙ p0, unde

p0 reprezinta presiunea atmosferica, p0 =0.1MPa

Se va alege o valoare medie din interval, de1,1∙ p0, adica pg=0.1 MPa

Presiunea de evacuare 0.11 MPa

2)Temperatura la sfarsitul evacuarii(Tg)

Pentru MAC, temperatura la sfarsitul evacuarii se recomanda sa se aleaga in intervalul

700-900K. In cazul motorului ce se va proiecta Tg =600K

Temperatura gaze arse 600 K

b) Admisia

In cazul calculului de schimb de gaze in procesul de admisie, se calculeaza o serie de

parametrii:

1)Coeficientul de umplere(ηv ) si presiunea la sfarsitul admisiei(pa)

Pentru calculul coeficientului de umplere, se recurge la alegerea presiunii la sfarsitul admsiei

(pa) iar apoi se calculeaza(ηv ) cu formula:

Pentru calcul se tine cont de valorile coeficientilor : k=1,4, p0 =0.1MPa , T0 =298K.

Valoarea presiunii de alimentare(p0) este data in tema de proiect ca fiind

Presiune alimentare 0.1 MPa

8

Temperatura mediului ambiant se considera 294K.

Temperatura dupa suflanta 294 K

Dupa efectuarea calculului, valoarea gradului de umplere rezulta.

Etav aspirat 1

2) Coeficientul de gaze de ardere reziduale( γ )

Acest coeficient se calculeaza cu relatia:

In urma calculului a rezultat valoarea coeficientului de gaze de ardere reziduale:

gama 0.027

3)Temperatura la sfarsitul admisiei (Ta)

Pentru a calcula temperature la sfarsitul admisiei, se utilizeaza relatia:

Dupa efectuarea calculului , temperature la sfarsitul admisiei are valoarea:

9

Ta = 294.00 Kc) Comprimarea

Pentru evalaurea procesului de comprimare se calculeaza parametrii corespunzatori punctului

c, si anume presiunea la sfarsitului comprimarii (ps) si temperatura la sfarsitul comprimarii

(Tc).

Primul pas in calculul celor doi parametri este alegerea exponentului politropic de

comprimare (mc).

Valoarea exponentului politropic de comprimare se poate alege din intervalul 1,30...1,36

pentru MAC.

In cazul motorului proiectat de adopta valoarea de

Exponentul politropic de comprimare 1.35

Calculul presiunii de la sfarsitul comprimarii se relaizeaza cu ajutorul relatiei:

pc pa mc

Dupa finalizarea calculului se recomanda ca valoarea presinuii de la sfarsitul comprimarii sa

se situeze in intervalul 3,5...6 [MPa], in cazul unui MAC cu admisie normala. In cazul

motorului proiectat valaorea acestui parametru are valorea de 5.32 [MPa].

pc 5.32 Mpa

Pentru calculul temperaturii de la sfarsitul comprimarii se utilizeaza relatia:

Tc Ta mc 1

Temperatura de la sfarsitul comprimarii se recomanda a se situa in intervalul

700...1100 [K] pentru MAC cu admisie normala.

La motorul proiectat acest parametru are valoarea de 720,85 K.

Tc 823.97 K

d)Ardere

1) Compozitia gazelor de ardere

10

c h o Hi delta Hi Hireal0.857 0.133 0.01 41855 0 41855

Coeficientul de utilizare a caldurii (ξz) trebuie sa fie cuprins in intervalul

0,70..0,88 pentru MAC cu admisie normala.

Pentru motorul proiectat coeficientul de utilizare a caldurii are valoarea de 97.631.Csi 97.631

Cantitatea teoretica de aer se determina cu formula:

1 c h o

L

l

0,

21 4

12

32

Aer teoretic 0.745

Cantitatea reala de aer se determina cu formula:

L Ll

Aer real 0,0010 kg/ciclu

Cantitatea de gaze de ardere se determina cu formulele:

NCO2= c

12(kmolCO2/ kgcomb)

N H 2O=h/2(kmolH 2O /kg comb)

NO2=0.21 ( λ−1 ) L0(kmolO 2/kgcomb)

N N2=0.79 λ L0 (kmol N 2/kgcomb ¿

Compusi participati

11

iCO2 0.0714 0.104CO 0.0000 0.000H20 0.0665 0.097N2 0.5889 0.741O2 0.0313 0.059Total 0.689 1

Cantitatea totala de gaze de ardere este:Total 0.689

Coeficientul chimic de variatie molara se determian cu formula:

c

N f

1

L

1

114coef var molara 1.066

Coeficientul total de variatie molara se determina cu relatia:

N f Ng

c

N0 Ng 1

1 c

coef total var molara 1.065

2) Parametrii de stare de la sfarsitul arderii

Temperatura la sfarsitul arderii se determina cu formula:

T z=T z 1+(T z 2−T z 1)U z−U z 1

U z 2−U z 1

Tz 283.73

12

Presiunea la sfarsitul arderii se determina cu formula:

pz=pc∗μ∗T z

T c

pz 18.31

Presiunea medie efectiva se calculeaza cu relatia :

pe mpi

Valoarea randamentului mecanic (ηm) pentru MAC se situeaza intre limitele 0.8...0.85. Pentru

motorul impus prin tema s-a adoptat valoarea:

randament mecanic 0.84

Presiunea medie efectiva va fi:

Presiunea medie efectiva 1.08 MPa

f) Destinderea

In cazul destinderii se calculeaza presiunea de la sfarsitul destinderii (pd) si

temperatura de la sfarsitul destinderii (Td). Realizarea acestor calcule se face dupa alegerea

exponentului politropic de destindere (md), parametru cu valori cuprinse intre 1,25...1,35

pentru MAC cu admisie normala. Pentru motorul dat s-a ales valoarea:

Exponentul politropic de comprimare 1.35

Presiunea, respectiv temperatura de la sfarsitul destinderii se calculeaza cu relatiile: (2.22)

pd=pz∗( ρε )

md

T d=T z∗( ρε )

md−1

Valorile obtinute prin calcul sunt:Pd 0.4 MpaTd 1171.06 K

13

2.4 Trasarea diagramei ciclului

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Presiunea (MPA)

Volumul [cm3]

p [

MP

a]

2.5 Indicii tehnico-economici ai motorului

Parametri indicati

a) Randamentul indicat pentru MAC aspirat se afla in intervalul 0,28...0,34. Acest parametru se

determina cu formula:

ηi=

RM∗p i

p0

∗1

ηv

∗N0∗T 0

H t

RM=8315 [J / kmol K]

Randamente indicat 0.49

b) Consumul specific indicat se determina cu relatia:

ci 3,6 106

[ g/kwh]i H i

14

Consumuri indicat 0.49kg/kwhParametri efectivi

a) Randamentul efectiv ia valori intre 0,35...0,48 pentru MAC aspirat. Acest parametru se

calculeaza cu formula: e i m

Randament efectiv 0.41

b) Consumul specific efectiv de combustibil pentru MAC aspirat trebuie sa se afle in intervalul

270...330 [g/kWh]. El se determina cu relatia:

c) Consumul orar de combustibil se determina cu formula:

ce=c i

ηm

[g /kwh]

Consum orar 12.08 kg/h

d) Puterea litrica

PL=Pe

V t

[ kwl]

Putere litrica 27.73 KW/l

e) Puterea specifica Puterea specifica se determina folosind relatia :

Ps=Pe

0.7854∗i∗√D3∗S= 50

π∗3∗95=21,44 ¿

f) Puterea pe cilindru

Puterea pe cilindru se calculeaza cu formula:

P Pe 50 16,66 kW cil

i 3 cil

15

2.6 Bilantul energetic al motorului

Bilantul energetic al motorului se face pentru arderea unui kilogram de combustibil. Caldura disponibila se compune din caldura transformata in lucru mecanic efectiv, caldura pierduta prin sistemul de racire, caldura pierduta prin gazele de ardere, caldura pierduta prin ardere incompleta, si caldura reziduala.

Q=Q e+QR+Qg+Q ¿+Qrez [kj /kgcomb]

Qtotal41855.00 100.00%

Caldura transformata in lucru mecanic efectiv:

Qe=¿ηe∗Q [ kj/ kgcomb ]¿

Q efectiv17280.19 41.29%

Caldura pierduta prin sistemul de racire:

Qr=Q r '

Ch

[kj /kg]

Qr' =0.3927∗i∗D1.73∗S0.575∗n0.71∗1+1.5∗Ψ

( ε−1 )0.286

Q racire7277.70 17.39%

Caldura pierduta prin gazele de ardere:Q g=N f∗(I T ev

g .a .−IT 0

g . a .)−N0∗(I T0 'aer−IT 0

aer)

Unde:

T ev=T b( p0

pb)

md−1md [K ]

I Tev

g . a.=∑j

n j∗I T ev

j

I T0

g .a .=∑j

n j∗I T0

j

Iar j CO2 ,CO, H 2O , N 2,O2 pentru MAC.

16

I T0 'aer−I T 0

aer= ∆ T100

(I 400 Kaer −I 300 K

aer )

Q evacuare14005.65 33.46

Tev 1031

Itev 33234.73

It0 8153,07

It0'aer 8165,147

It0aer 8297,906Caldura pierduta prin ardere incompleta:

Q¿=∆ H=119538 (1−λ )∗Lt [kj /kgcomb]

Q incomplet0.00 0.00

Caldura reziduala:

Qrez=Q−(Qe+Qr+Q g+Q¿)[kj /kgcomb]

Q rest3291.46 7.86%

In general trebuie respectate urmatoarele procentaje:

q qe qr qg qin qrez

MAC % 29-42 15-35 25-45 - 2-5

17

Capitolul 3 Calculul Dinamic

3.1 Alegerea tipului de mecanism biela-manivelaMecanismul biela-manivela cu piston portant,de tip normal este solutia

prezenta la dispunerea cilindrilor in linie sau in V normal cu biele alaturate.

Se alege mecanismul de tip axat care este cel mai simplu si la care seria Fourier a

fortelor de inertie a maselor cu miscare de translatie aferente echipajului mobil al

unui cilindru (Fitr ) nu contine armonicile de ordin impar, p > 1 (p=3,5,7..).

3.2 Calculul dimensiunilor principale ale mecanismului motorMecanismul cu biele lungi (Ʌ≤1/5 ) conduce la o reducere a valorii maxime

a fortei normale N,care aplica pistonul portant pe cilindru,motiv pentru care se

utilizeaza in general la MAC. Astfel se recomanda Ʌ= 14

…15 pentru MAC.

In cazul motorului ce se va proiecta,s-a ales Ʌ=14

Raportul r/lb 0.25

Ʌ=RL

[mm]

R=S2

[mm]

unde R-raza manivelei [mm] , L-lungimea bielei [mm], S-cursa pistonului

Din relatiile de mai sus rezulta raza manivelei R=992=49.5 si lungimea bielei L=198

18

3.3 Stabilirea maselor pieselor in miscare ale mecanismului motor

Se realizeaza prin dimensionarea acestora calculul aproximativ al volumelor si alegerea

materialelor pentru cunoasterea densitatii.Valorile obtinute se compara cu datele statistice.

Pornind de la expresia densitatii aparente a pistonului:

ρp=103 ∙m p

D3 [Kg /dm3]

unde D – alezajul cilindrului [mm] , mp- masa pistonului [kg] si prin alegerea valorii acesteia conform intervalului 1,2...1,4 pentru MAC .

Pentru calculul masei pistonului s-a ales ca densitatea aparenta a pistonului sa aiba valoarea ρp=1.3 [Kg /dm3] . Masa pistonului se poate exprima astfel:

mp=ρp D3

unde ρp=1.3 [Kg /dm3] D=99 [mm]

Din relatia de mai sus rezulta valoarea masei pistonului mp=1,262 [kg]

unde ρp a fost ales anterior. Pentru valoarea alezajului de D=99 [mm],masa pistonului are valoarea mp=1,262 [kg] .

Se poate exprima si masa grupului piston conform relatiei:

mgp=(1,2…1,5) mp [kg]

Masa grupului piston s-a obtinut inmultind masa pistonului cu un coeficient avand valoarea de 1,4 ,rezultatul obtinut inmultinandu-se la randul lui cu masa grupului piston.

Din relatia de mai sus valoarea masa grupului piston este mgp=0.932 [Kg] .

masa grup piston 0.932 Kg

Din date statistice se poate calcula masa bielei, mb ,cunoscand masa raportata a acesteia

mb=0,09 …0.5pentru MAC,conform expresiei:

mb=mb ∙π D2

4 [Kg]

19

unde D-alezajul cilindrului [mm].

Masa raportata a bielei s-a considerat egala cu mb=¿0,25[Kg¿¿mm2]¿

Din calcul a rezultat valoarea masei bielei mb=1 , 32[Kg]

masa biela 1,32 Kg

Masa in miscare de translatie,mtr , are expresia

mtr=m gp+0,275∙ mb[Kg ]

Masa in miscare de translatie va avea valoarea mtr=2,295 [Kg ]

Pentru verificare se poate determina masa in translatie raportata,conform relatiei:

mtr=mtr

π D2

4

= 0,25..0,55 pentru MAC

Din aceasta relatie rezulta masa in translatie raportata: mtr=0.298 [g¿¿mm2]¿

3.4 Calculul fortelor si a momentului care actioneaza asupra echipamentului mobil al unui cilindru

Pe baza diagramei indicate a ciclului teoretic corectat in coordonatele p-V se determina cu ajutorul unei constructii grafice, bazata pe expresia aproximativa a deplasarii pistonului, variatia presiunii p a gazelor din cilindru in functie de unghiul α de rotatie al arborelui cotit din 10 °in 10 ° pe toata durata ciclului.

Calculul fortelor si momentului motor indicat al unui cilindru se face tabelar. Fortele din mecanismul biela-manivela ce se cer a fi determinate sunt prezentate mai jos:

D = alezajul cilindrului [mm] F itr– forta de inertie a pieselor aflate in miscare de translatie

F itr=−mtr ∙ J b [N]

Unde mtr– masa aflata in miscare de translatie [kg] , Jb– acceleratia pistonului [ m /s2]

Jb=R ∙ ω2(cosα+Ʌ cos2 α)

pentru mecanismul biela-manivela axat.

20

R=S2

[m] –raza manivelei

ω=πn30

[rad/s] – viteza unghiulara a manivelei

Ʌ=R/L , ales anterior (α [° RAC ¿ transformat in radiani )

K= Fcos β

[N] –forta in lungul bielei

Unde β este deplasarea bielei,oblicitatea ei masurata ca valoarea unghiulara intre axa cilindrului si axa bielei. Pentru mecanismul biela-manivela axat aceasta are expresia:

β=arcsin ( Ʌ sin α )−α [rad]

N=F ∙ tan β [N] – forta normal

Z=Fcos(α+β )

cos β [N] – forta in lungul manivelei

T=Fsin(α+β )

cos β [N] – forta tangentiala

M=T ∙ R[Nm] –momentul motor , R=S2

[m].

Aceste valori se vor centraliza intr-un tabel. Se mai determina:

TABE

F A– forta de inertie a partii din biela in miscare de rotatie (necesara la constructia diagramei polare a fusului maneton).

F A=mA ∙ R ∙ω2 [N]

Unde mA=0,725 mb [Kg] –masa capului de biela.

Dupa realizarea tabelului se verifica puterea motorului:

Pev=i ∙ M med ∙ηm∙ ω [Kw]

21

M med=∑M

72[Nm]

Se va calcula eroarea dupa relatia:

ε=|Pe−Pev|

Pe

≤ 5 %

Unde Pe– puterea primita prin tema de proiect [kW].

Cu ajutorul datelor din tabel se pot construi urmatoarele grafice:

0 90 180 270 360 450 540 630 720

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Forte

Forta de presiune (N) Forta de inertie (N)Alfa [oRAC]

Fo

rta

[N]

22

0 90 180 270 360 450 540 630 720

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Forte

K (N)Alfa [oRAC]

K [

N]

N {

N]

23

0 90 180 270 360 450 540 630 720

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

-600

-400

-200

0

200

400

600

Forte si momente

Z(N)

alfa [oRAC]

Z,

T[N

]

M [

Nm

]

3.5 Calculul momentului motor rezultant

Aprinderile fiind uniform repartizate in perioada functionala a motorului,momentele M j

aferente celor i cilindri sunt decalate unghiular cu valoarea: δ=τ ∙ π

i - care este si perioada

momentul motor resultant : M rez=∑j=1

i

M j

Cilindrii 1 2 3 3 RezAlfa Moment m1 m2 m3 M4 Mrez1 0.00 0.00 -383.4366763 512.9437498 2.25311E-13 129.5110 -189.09 -189.09 -381.1154591 461.480354 -67.27243125 -108.7320 -363.98 -363.98 -338.2330435 384.2596871 -139.7371403 -317.9530 -471.24 -471.24 -250.9018575 294.8714949 -206.4635612 -427.2740 -493.89 -493.89 -126.4432236 200.3648739 -262.4698411 -419.9750 -432.78 -432.78 16.44842223 104.7896971 -301.0837645 -311.5560 -305.14 -305.14 148.8141871 9.513978245 -314.5885657 -146.8270 -139.17 -139.17 235.9122445 -70.35243807 -295.721743 26.3880 33.39 33.39 244.963058 -148.0733438 -239.8597356 130.28

24

90 184.61 184.61 157.5022091 -223.4738781 -147.4133927 118.64100 295.52 295.52 -4.247474974 -292.0592706 -25.68796229 -0.79110 358.06 358.06 -121.0363251 -346.1479106 110.6215994 -109.12120 373.98 373.98 -19.49097877 -375.3490641 240.9004056 -20.86

Momentul motor rezultant mediu se determina analitic:

M rezmed=

∑M rez

72/ i [Nm]

Momentul motor rezultant mediu va avea valoarea :

Moment mediu59.7

213.7544

8

Se poate verifica inca o data puterea motorului:

Pev=M rezmed ∙ω∙ ηm ∙ 10−3 [kW]

Se va calcula eroarea , care nu trebuie sa depaseasca 5%.

ε=|Pev−Pe|

Pe

∙ 100[% ],unde Pereprezinta puterea data prin tema.

Cu ajutorul datelor din tabel,se realizeaza urmatoarele grafice:

25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-1000

-500

0

500

1000

1500

Mrez

Alfa [oRAC]

Mre

z [N

m]

3.6 Diagrama polara a fusului maneton Diagrama polara a fusului maneton serveste la verificarea sumara la presiune

maxima si incalzire a fusului si la incovoiere. Diagrama reprezinta variatia ca

marime si directie a fortei aplicata de biela pe suprafata fusului maneton:

Rm=FA+K=K A+Z+T

Valorile fortei Rmvor fi tabelate,calculate din100in 100 unghi rotatie arbore

cotit, conform relatiei :

Rm=√(Z−F A )2+T 2 [N]

Astfel se poate stabili valoarea maxima, notataRmmax , respectiv valoarea

medie,Rmmin , determinata analitic prin expresia:

26

Rmmed=∑ Rm

72[N]

Dupa calcularea tabelului ce va urma se vor obtine valoarea maxima si

media a fortei Rm .

Rm max = 52833.89

Rm med =26316.94

Alfa K (N) Z(N) T(N) M(Nm)0 -18140.57 -18140.57 0.00 0.00

10 -17718.00 -17298.81 -3831.29 -208.8120 -16476.89 -14944.65 -6938.68 -378.1630 -14495.91 -11549.37 -8760.34 -477.4440 -11901.88 -7769.49 -9016.09 -491.3850 -8862.45 -4291.06 -7754.35 -422.6160 -5574.39 -1675.89 -5316.50 -289.7570 -2247.14 -250.99 -2233.08 -121.70

80 917.49 -68.04 914.97 49.8790 3747.10 -936.78 3628.11 197.73100 6117.69 -2512.93 5577.75 303.99110 7965.78 -4406.70 6635.86 361.65120 9290.65 -6277.14 6849.36 373.29130 10146.25 -7889.68 6379.60 347.69140 10625.26 -9131.17 5433.05 296.10150 10839.12 -9990.77 4203.68 229.10160 10897.86 -10521.84 2838.01 154.67170 10892.94 -10799.45 1424.06 77.61180 10884.34 -10884.34 0.00 0.00190 10898.39 -10804.86 -1424.77 -77.65200 10920.15 -10543.36 -2843.82 -154.99210 10891.09 -10038.68 -4223.84 -230.20220 10722.42 -9214.66 -5482.73 -298.81230 10308.20 -8015.61 -6481.43 -353.24240 9543.19 -6447.77 -7035.54 -383.44250 8343.95 -4615.90 -6950.89 -378.82260 6670.65 -2740.07 -6081.91 -331.46270 4546.37 -1136.59 -4402.00 -239.91280 2071.33 -153.61 -2065.63 -112.58290 -566.98 -63.33 563.43 30.71300 -3081.04 -926.28 2938.50 160.15

27

310 -5049.72 -2444.99 4418.33 240.80320 -5828.71 -3804.95 4415.45 240.64330 -4362.98 -3476.13 2636.69 143.70340 919.37 833.88 -387.16 -21.10350 10364.63 10119.41 -2241.22 -122.15360 62522.47 62522.47 0.00 0.00370 63021.16 61530.14 13627.51 742.70380 42386.51 38444.85 17849.64 972.81390 21979.41 17511.72 13282.85 723.92400 11581.70 7560.48 8773.54 478.16410 7144.03 3459.02 6250.79 340.67420 5943.95 1786.99 5668.97 308.96430 6438.73 719.16 6398.44 348.71440 7731.77 -573.38 7710.48 420.22450 9276.06 -2319.02 8981.51 489.49460 10736.55 -4410.19 9788.96 533.50470 11925.58 -6597.28 9934.55 541.43480 12766.43 -8625.52 9411.81 512.94490 13264.98 -10314.79 8340.55 454.56500 13482.67 -11586.77 6894.13 375.73510 13510.31 -12452.90 5239.64 285.56520 13444.41 -12980.52 3501.18 190.81530 13367.85 -13253.12 1747.60 95.24540 13335.88 -13335.88 0.00 0.00550 10969.99 -10875.84 -1434.13 -78.16560 10975.12 -10596.44 -2858.13 -155.77570 10916.70 -10062.28 -4233.77 -230.74580 10703.25 -9198.19 -5472.92 -298.27590 10224.68 -7950.67 -6428.91 -350.38600 9369.50 -6330.41 -6907.49 -376.46610 8044.97 -4450.51 -6701.83 -365.25620 6197.11 -2545.55 -5650.16 -307.93630 3826.60 -956.65 -3705.09 -201.93640 996.91 -73.93 -994.17 -54.18650 -2167.95 -242.14 2154.39 117.41660 -5495.54 -1652.18 5241.31 285.65670 -8784.03 -4253.08 7685.73 418.87680 -11823.89 -7718.58 8957.01 488.16690 -14418.33 -11487.56 8713.45 474.88700 -16399.63 -14874.58 6906.15 376.39710 -17640.95 -17223.58 3814.63 207.90720 -18063.60 -18063.60 0.00 0.00

Tabele cu Z,K,T,M

Cu ajutorul datelor din tabel se realizeaza urmatoarele grafice:

28

-50000 -40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

Diagrama polara

T [N]

Z[N

]

3.7 Diagrama de uzura a fusului maneton

Diagrama de uzura a fusului maneton reprezinta exagerat forma fusului in sectiune transversala la un anumit grad de uzura si serveste la stabilirea pozitiei optime a orificiului de ulei (in zona de uzura minima).

Se considera uzura direct proportionala cu valoarea Rmconsiderata uniform

distribuita pe un arc din periferia fusului de1200 (± 600 fata de punctul de aplicatie al

Rm ).

29

0 50 100 150 200 250 300 350 4000.00E+00

2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05

8.00E+05

1.00E+06

1.20E+06

1.40E+06

1.60E+06

Diagrama de uzura

unghi

Su

ma

fort

elo

r

30

-2500000 -2000000 -1500000 -1000000 -500000 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000

-2500000

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Diagrama de uzura coordonate polare

31

Capitolul 4 Dimensionarea mecanismului motor

4.1 Calculul si constructia segementilor de compresie

In ceea ce priveste numarul de segmenti la motorul de tip MAC ce se va proiecta,se vor utiliza 2

segmenti de compresie si 1 segment de ungere.

4.1.1 Alegerea materialului pentru segmenti

Marca standard Rezistenta la rupere Modul de elasticitate Coeficient dilatareE [MPa]

IKA 500 (10..13) (11,6..13,2)

S-a ales ca material de constructie a segmentilor IKA, cu modulul de elasticitate 12,4.

4.1.2 Calculul segmentului de compresie

4.1.2.1 Stabilirea dimensiunilor

a. Grosimea radiala „a”

Pentru valoarea alezajului cuprinsa in intervalul (90...108) [mm] se va alege grosimea radiala in intervalul (3,8,.. 4,5) [mm]. Deoarece alezajul cilindrului are 99 mm, s-a ales valoarea grosimii radialea 4 mm

b. Inaltimea „h”

Pentru aceeasi valoare a alezajului, se impune ca inaltimea segmentului cu sectiune dreptunghiulara sa aibe valoarea

h 3 mm

c. Inaltimea muchiilor tesite

32

Pentru a evita raclarea excesiva a uleiului de pe peretele cilindrului,muchiile segmentului cu sectiune dreptunghiulara vor fi tesite la 450 . Pentru aceeasi valoare a alezajului,inaltimea tesiturilor se impune a fi

h1 0.3 mm

Procedeul de tesire se efectueaza si in partea segmentului care se introduce in canalul portsegment al pistonului, de data aceasta cu inaltimea tesiturii avand aceeasi valoare cu h1

h2 0.3 mm

Dupa alegerea acestor parametri, se vor verifica solicitarile la care sunt supusi segmentii. Pentru aceasta verificare, se va incepe prin alegerea fortei Ft. Pentru diametrul alezajului intre 90...108 mm forta Ft se alege in intervalul (24,5...28) N. Se va alege valoare Ft=27N

Pentru verificarea solicitarilor la care este supus segmentul, s-a optat pentru varianta „a” de distributie a presiunii elastice pe suprafata laterala a segmentului. In continuare, se calculeaza efortul unitar la montaj,σm. Acesta nu trebuie sa depaseasca rezistenta admisibila. Valoarea rezistentei admisibile se alege din intervalul (200...300) MPa. S-a optat pentru valoarea de 200 MPa.

sigma admisibil 200 Mpa

Pentru a calcula pE se utilizeaza relatia : pE =F t

h∗D

Rezulta valoarea pentru presiunea medie elastica:

pe 0.13 Mpa

Efortul unitar la montaj se va calcula cu relatia:

σ m=2mE

( Da−1)

2¿

33

Se va folosi valoarea lui K de 1,742 corespunzatoare tipului de segment cu sectiune dreptunghiulara. Din calcul rezulta valoarea pentru efortul unitar in timpul functionarii:

Sigma F 343.27 Mpa

4.1.2.2 Rostul de dilatare in stare libera

Valoarea rostului in stare libera se calculeaza cu relatia:

S0=3∗(3∗C)π

4−

pE

E ( Da−1)

3

∗D

s0 15.97 mm

b. in functionare Pentru MAC, rostul de dilatare in functionare ia valori in intervalul

(0,0023...0,0040)D.

Pentru calculul acestei valori se va inmulti valoarea alezajului cu o valoare intermediara din intervalul (0,0023...0,0040), in cazul segmentilor proiectati S’=0,0025.

sf 0.21 mm

c. la montaj Calculul rostului de dilatare la montaj se va efectua cu ajutorul relatiei:

S=S '+πD [α S (T S−T o )−αcil (T cil−T o )]

1+α S (T S−T o )

unde - Ts se alege din intervalul (500..545)K. S-a ales Ts = 500K.

-αcil este situat in intervalul (11..12)10-6 . S-a ales αcil =11*10-6 [ K-1]

-Tcil se alege din intevalul (350..380)K. Se allege Tcil.=350K

sm 0.84 mm

34

-60.00 -40.00 -20.00 0.00 20.00 40.00 60.000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

Forma libera

R

R

4.2 Calculul si constructia boltului 4.2.1 Alegerea materialului pentru constructia boltului

In functie de solicitarile la care este supus boltul si in functie de tensiunea de

rupere, se recomanda sa se aleaga un otel aliat. Caracteristicile mecanice al

materialul se vor adopta din STAS 791-80.

Pentru modelul proiectat, boltul se va fabrica din 40Cr10 calit CIF.

MaterialNume 40 Cr 10

sigma rupere 750

4.2.2. Predimensionarea boltului

La predimensionarea boltului, se vor extrage urmatoarele rapoarte:

35

- Raportul diametru exterior / alezaj (d/D); - Raportul diametru interior / diametrul exterior (χ = di/d); - Raportul lungimii de sprijin in piciorul bielei / alezaj (b/D); - Raportul lungime bolt / alezaj (L/D).

De asemenea, se va mai alege jocul boltului in umerii pistonului (j) si presiunile admisibile in piciorul bielei (pb) si in umerii pistonului (pa). Pentru motoarele de tip MAS, boltul este fix, fiind montat cu joc fata de biela. La motorul ce se va proiecta, solicitarile sunt relativ mari si, pentru siguranta, se vor alege valori din zona superioara a intervalelor recomandate pentru parametri alesi, sau chiar vor depasi aceste intervale.

a) Raportul diametru exterior / alezaj (d/D) Pentru MAC, valorile recomandate se situeaza in intervalul 0,34...0,38. S-a ales valoarea de 0,35 pentru acest parametru.. Cunoastem ca alezajul are valoarea de 82 [mm], deci diametrul exterior are valoarea de:

d 25 mm

b) Raportul diametru interior / diametrul exterior (χ = di/d)

La MAC, acest parametru are valori cuprinse in intervalvul 0,52...0,58. S-a optat pentru valoarea de 0,55 .

0.55

Va rezulta diametru interior al boltului:19,5 mm

c) Raportul lungimii de sprijin in piciorul bielei / alezaj (b/D) In cazul acestu raport, se va tine cont de tipul montajului boltului pe biela si pe umerii pistonului. Pentru MAC, boltul este fix, iar valoarea acestui raport se recomanda a fi in intervalul 0,32...0.42. S-a ales valoarea de 0,37.

Astfel, se obtine valoare lungimii de sprijin in piciorul bielei:

b 3 mm

d) Raportul lungime bolt / alezaj (L/D)

36

In cazul boltului flotant, pentru MAC, se recomanda valori intre 0,8...0.93. Pentru a obtine o lungime potrivita se alege valoarea maxima a intervalului drept valoarea raportului. Raport :0.85

Se obtine o lungimea totala a boltului:

l 0.9 mm

e) Jocul boltului (j) Valoarea acestu joc se alege in intervalul 1...2 [mm], influentand limita maxima a deplasarii in urma solicitarii la incovoiere a blotului. Solicitarile, fiind destul de mari, exista posibilitatea unei incovoieri apreciabile, si de aceea s-a considerat valoarea acestui joc de 1 mm.

j 1 mm

f) Presiunea admisibila in piciorul bielei Pentru cazul unui MAC, pistonele fiind din aliaj usor, valoarea presiunii admisibile se stiueaza in intervalul 25...50 MPa.

pbmax 50 MPa

g) Presiunea admisibila in umerii pistonului In cazul pistoanelor din aliaj usor, se recomanda ca presiunea admisibila sa se incadreze in intervalul 20...50 MPa.

pamax 50 MPa

4.2.3 Verificarea presiunii in piciorul bielei (pb) si in umerii pistonului (pa)

Forta de calcul are formula:

Unde:

37

Valoare fortei :

F= 90844.02 N

Se definesc: - a – lungimea de sprijin in umerii pistonului

a l b2

a 23 mm

- b – lungimea de sprijin in piciorul bielei b B 2 j

Din tabel se va alege b si se va calcula B.B 39mm

Din calcul rezulta ca B = 43 [mm].Forta se considera distribuita uniform in lungul si in jurul suprafetelor de sprijin pe

jumatate din circumferinta:

p F pa

2ada,admisibil

p F pb bd b,admisibil

pa= 77.45 MPa

pb= 142.50 MPa

4.2.4 Verficarea de rezistenta a boltului

La boltul fix se considera ca ciclul de incarcare este alterant simetric. Coeficentul de siguranta la oboseala trebuie sa apartina intervalului (1...2,2) si este dat de relatia:

c 1

c ,admisibil

m ax

βζ = 1 coeficient efectiv de concentrare

γ = 1,5...2,5 coeficient de calitate a suprafetei, pentru bolt cementat si lustruit

38

Pentru γ s-a ales valoarea de 2.

εζ – factor dimensional. Din figura de mai jos, pentru bolt din otel aliat fara

concentratori (curba 2), va rezulta εζ = 0,84.

Fig. 4.4 – Diagrama de alegere a factorului dimensional εζ

ζmax – efort unitar maximPentru 500<ζr <700 [MPa] vom avea:

1 r 0,5MPa )

Pentru materialul ales:

Sigmar 750 MPaRezulta ca:

Sigma-1 375 MPaDupa efectuarea calculului, rezulta valoarea coeficientului de siguranta la oboseala:

Coeficient

Coeficient oboseala

1.89

a) Verificarea la incovoiere – se face static ca si la oboseala iar sarcina se considera distribuita liniar in lungul boltului, in umeri si uniform in piciorul bielei.

De aceasta verificare s-a tinut cont in cadrul verificarii la oboseala, rezultand un coeficient satisfacator, astfel boltul va rezista la incovoiere.

39

b) Verificarea la forfecare – forta taietoare maxima se realizeaza in zona jocului dintre piciorul bielei si umerii pistonului, iar efortul unitar maxim la periferia boltului in plan normal la axa pistonului.

Dupa formula lui Juravski:

0.85F 1 2 max d 2 1 2 admisibil

Pentru materialul ales pentru constructia boltului s-a considerat ca:tauad 120 MPa

Efectuand calculul, rezulta:max 105.3 MPa

S-a calculat, de asemenea, coeficientul de siguranta la forfecare avand urmatoarearelatie:

Coeficient forfecare

1.14

c) Verificarea la ovalizare – sarcina se considera sinusoidal distribuita pe jumatate din periferia boltului in plan transversal.

Efortul maxim se realizeaza in fibra interioara la Φ=0, ca in figura de mai jos:

Fig. 4.5 – Distributia sarcinii pe bolt

40

Unde:

Trebuie respectata conditia:

Pentru K=1,449

rezulta:

max= 174.4 MPaSe observa ca valoarea lui ζmax este mai mica decat valoarea tensiunii admisibile pentru un ciclu alternant simetric, astfel boltul prezinta o ovalizare in limitele admisibile.

Sigma-1 375 MPa

4.2.5 Verificarea deformatiei

Deformatia maxima de ovalizare se produce in plan normal la axa pistonului.0,09 F k

1 x 3 '

f E l 1 x 2

Unde ' 0,001 ...0,005d

Jocul de montaj este :

' d b Tb Tp p Tp T0

41

1p Tp T0 Unde:

- αb = (10,5...12)10-6 este coeficientul de dilatare al boltului; - αp este coeficientul de dilatare al materialului pistonului; - Tb – temperatura boltului care are valoarea de 425[K]; - Tp – temperatura umerilor pistonului care ia valori intre 425...475 [K]; - T0 = 300 [K].

Daca boltul e flotant sau fix in piciorul bielei, deformatia „f” nu trebuie sa depaseasca jocul diametral Δ’ din umerii pistonului pentru a se evita griparea.

Cand pistonul este fabricat din material usor se obtine adesea < 0 deoarece Tp > Tb siαb < αp . Rezulta, deci, necesitatea asigurarii strangerii la rece. Astfel jocul de montaj trebuie sa asiguro o crestere a diametrului orificiilor din umeri cel putin egala cu strangerea in modul,

Se recomanda ca Tpm sa ia valori in intervalul 355...395[K]. Daca montajul se face racind boltul, temperatura acestuia trebuie sa respecte conditia:

Din calcule, rezulta:

k= 1.449 admisibil coeficientfb 22.235 zecimi 10.5 0.47

42

4.3 Calculul si constructia pistonului

4.3.1 Stabilirea dimensiunilor Pentru motorul de tip MAC de proiectat s-au ales urmatoarele date din intervalele recomandate:

Calculul pistonului

Date initiale

marimi geometriceD raport 82 mm

L 1.2 98 mmHc 0.8 66 mm

Lm 0.9 74 mmd 1.17 14 mmH1 0.15 12 mmH 0 3 mmH2 0.04 3 mmA 0 4 mmB 7 mm

Aev 1.6 mm^2

delta 0.0009 1.287 mmGmanta 3 mm

d_gaura ungere 3 mm

n_gauri 3 -Cursa 99 mmdumeri 1.5 39 mmdbolt 0.31 25.5 mm

43

4.3.2 Calculul pistonului

4.3.2.1. Calculul capului pistonului

D 1 c

T T '

Dc cil 0 c

1 p Tp T0

a) Diametrul capului pistonului

Dcap 81.62 mm

αc - coeficientul de dilatare al materialului cilindrului

Coef dilatare 0.000021 "-" 1.10E-05

αc - coeficientul de dilatare al materialului pistonului

Tcil - temperatura cilindrului = 386...395 [K] racire cu lichid

Tcil 540 K

44

c’ – jocul la cald in fucntionare = (0,002...0,004)D

Tp = Tcp = 525...625 [K] – aliaj usor

Tpiston 600 Kb) Verificarea la rezistenta

1° Solicitari mecanice – capul pistonului se considera incastrat solicitat cu o sarcina uniform distribuita egala cu presiunea maxima a gazelor

Eforturile unitare iau valorile extreme la margine:- Pe directie radiala:

3 pmax

D2

70...170 MPar i adm

max 16 2

Tip PozitieMecanic Termic Suma

Coeficienti de siguranta

radialcentru 42.99 -84.31 -41.32 1.73margine 64.64 -41.31 23.33 2.57

tangential

centru 42.99 -84.31 -41.32 1.73margine 21.33 102.88 124.21 1.03

45

4.3.2.2 Calcului regiunii port – segmenti

Se verifica static la comprimare sub actiunea fortei maxime de presiune a gazelor, Fc, si la intindere sub actiunea fortei maxime de inertie a partii din piston de masa corespunzatoare capului regiunii port-segmenti,Fi, situata deasupra sectiunii de calcul:

F D 2 p N

c 4 m ax

F m R 2 1 Ni p

Sectiunea periculasa, de calcul, este cea slabita de canalizatia de evacuare a uleiului raclat de segmentul de ungere.

Du

2 Di2 u Du Di

4 2

ν – numarul gaurilor de ungere de diametru dsu = 2...3 mm

d_gaura ungere 3

n_gauri 10

Du D 2 A

D f Du 2s

σcmax=FcΩ

≤ σcadm

σimax=FiΩ

≤ σiadm

Regiunea port segmenti

46

omega 1033.27 EforturiFc -81433 N 78.81 MPa 1.02Fi 9070 N 8.78 MPa 6.47

4.3.2.3 Calculul mantalei

a) Diametrul mantalei

Tm – temperatura mantalei = 373...413 [K] αm = αp coeficientul de dilatare al materialului pistonului Δm’- jocul la cald in functionare = (0,0003...0,0013)D

Δm = D-Dm = 0,2...0,7

Dmanta 82.50b) Verificarea presiunii maxime pe manta

Mantaua Coef. Sigpmax= 0.42 MPa 1.93

4.3.2.4 Calculul umerilor pistonului

Se verifica sumar, static la forfecare sub actiunea fortei maxime de presiune a gazelor:

47

4.4 Calculul si constructia bielei

4.4.1 Alegerea materialelor

Marca Rezistenta la rupere prin tractiune

σr [MPa]

Limita de curgereσc [MPa]

AlungireaAσ [%]

30MoCrNi20 1250...1450 1050 9E=21x104[MPa]

otelModulul de elasticitate al materialului

4.4.2 Calculul piciorului bielei4.4.2.1 PredimensionareDiametrul exterior se alege in intervalul (1,3...1,7)d pentru MAC.

deb 39 mm

Diametrul interior al piciorului bielei se determina cu formula:d pi=d+2hb unde hb este grosimea bucsei de bronz. Ea trebuie aleasa in intervalul (0,075...0,085)d pentru MAC.

db 25.5 mmGrosimea minima a peretelui este:

hmin=d pe−d pi

2 Dupa efectuarea calculelor rezulta:

deb 39 mmhp 7.7 mmhb 2.8 mm

Alte dimensiuni importante sunt:dpi 34.45 mmb 25 mm

Pentru determinarea razei de racordare cu corpul bielei, ρ, si pozitia sectiunii minime a corpului , xp, si unghiul de incastrare, Ψ si φ, se vor alege doua dintre ele si vor rezulta celelalte doua, folosind formulele:

48

Umerii pistonuluiCoef. Sig

tau= 27.13 MPa 1.11

cosΨ=0,5 Lp+ρ

0,5d pe+ρ

x p=( d pe

2+ ρ)sin Ψ

Ψ=30°...40°φ=90°...130°

unghi inceput 110raza de

racordare 80temp. de lucru 110Se alege si latimea corpului bielei in partea piciorului, Lp=(0,48...0,6)d.4.4.2.2 Verificarea de rezistenta

a) Efortul unitar maxim produs de forta care intinde bielaF i=mgp⋅R⋅ω2⋅(1+Λ ) [N ] M 0=Fi⋅rm⋅(3,3ϕ−297 )⋅10−4 [ Nmm ] N0=F i⋅(5720−8ϕ )⋅10−4 [ N ]

Fi este considerata uniform distribuita pe jumatatea superioara a piciorului bielei. Efortul unitar maxim apare in fibra exterioara in zona de racordare cu corpul la un unghi β+φp=φ, unde β se alege intre 15°...25°.

Forta de intindere-

18140.6 N

σ r=σ i , adm>σ i ,max=[2 M p

6 r m +h

h (2 rm+h )+k⋅N⋅ϕ]⋅ 1

6 h>0

{Nϕ=N 0⋅cos ϕ+F i

2⋅(sin ϕ−cos ϕ )

M ϕ=M 0+rm⋅(N 0−N ϕ )

rm=d pe+d pi

2 - raza fibrei medii

h=(re+ϕ )⋅(cos β−ri )−√ ρ2−(r e+ ρ )2⋅sin2 β

re=0,5 d pe

ri=0,5 d pi k – fractiunea din forta normala, Np, preluata de piston

k= 1

1+Eb⋅hb

E⋅h

Unghiul M0t N0t hp Mtfi Ntfi sigma e t sigma I t

90 0.0 -9070.3 7.7 0-

9070.29 -28 MPa -28 MPa91 -144.6 -9055.8 7.7 178.6593 - -28 MPa -27 MPa

49

9069.16

92 -289.1 -9041.3 7.7 302.8343-

9065.77 -27 MPa -27 MPa

93 -433.7 -9026.7 7.7 372.5443-

9060.14 -27 MPa -27 MPa

94 -578.3 -9012.2 7.7 387.8217-

9052.24 -27 MPa -27 MPa95 -722.9 -8997.7 7.7 348.7113 -9042.1 -27 MPa -27 MPa96 -867.4 -8983.2 7.7 255.271 -9029.7 -27 MPa -27 MPa

97 -1012.0 -8968.7 7.7 107.5716-

9015.06 -28 MPa -28 MPa

98 -1156.6 -8954.2 7.7 -94.3033-

8998.17 -28 MPa -28 MPa

99 -1301.1 -8939.7 7.7 -350.258-

8979.05 -29 MPa -29 MPa

100 -1445.7 -8925.2 7.7 -660.182-

8957.69 -29 MPa -30 MPa101 -1590.3 -8910.7 7.7 -1023.95 -8934.1 -30 MPa -31 MPa

102 -1734.9 -8896.1 7.7 -1441.44-

8908.29 -31 MPa -32 MPa

103 -1879.4 -8881.6 7.7 -1912.49-

8880.26 -33 MPa -34 MPa

104 -2024.0 -8867.1 7.7 -2436.95-

8850.01 -34 MPa -35 MPa

105 -2168.6 -8852.6 7.7 -3014.64-

8817.57 -35 MPa -37 MPa

106 -2313.1 -8838.1 7.7 -3645.38-

8782.92 -37 MPa -39 MPa

107 -2457.7 -8823.6 7.7 -4328.98-

8746.09 -38 MPa -41 MPa

108 -2602.3 -8809.1 7.7 -5065.21-

8707.08 -40 MPa -43 MPa109 -2746.9 -8794.6 7.7 -5853.86 -8665.9 -42 MPa -46 MPa

110 -2891.4 -8780.0 7.7 -6694.69-

8622.55 -44 MPa -48 MPa

111 -3036.0 -8765.5 7.7 -7587.45-

8577.06 -46 MPa -51 MPa

112 -3180.6 -8751.0 7.7 -8531.9-

8529.43 -49 MPa -54 MPa

113 -3325.1 -8736.5 7.8 -9527.74-

8479.66 -51 MPa -57 MPa

114 -3469.7 -8722.0 7.8 -10574.7-

8427.79 -53 MPa -59 MPa115 -3614.3 -8707.5 7.8 -11672.5 -8373.8 -55 MPa -62 MPa

116 -3758.9 -8693.0 7.9 -12820.8-

8317.73 -57 MPa -65 MPa

117 -3903.4 -8678.5 8.0 -14019.3-

8259.58 -59 MPa -67 MPa

118 -4048.0 -8663.9 8.1 -15267.6-

8199.36 -60 MPa -70 MPa

119 -4192.6 -8649.4 8.2 -16565.5-

8137.09 -62 MPa -72 MPa

120 -4337.1 -8634.9 8.3 -17912.5-

8072.79 -63 MPa -74 MPa

50

121 -4481.7 -8620.4 8.4 -19308.3-

8006.46 -64 MPa -76 MPa

122 -4626.3 -8605.9 8.6 -20752.6-

7938.13 -65 MPa -77 MPa

123 -4770.9 -8591.4 8.8 -22244.8-

7867.82 -66 MPa -78 MPa

124 -4915.4 -8576.9 9.0 -23784.7-

7795.53 -66 MPa -79 MPa

125 -5060.0 -8562.4 9.2 -25371.8-7721.28 -66 MPa -80 MPa

126 -5204.6 -8547.8 9.4 -27005.6 -7645.1 -66 MPa -80 MPa127 -5349.1 -8533.3 9.7 -28685.8 -7567 -65 MPa -80 MPa128 -5493.7 -8518.8 10.0 -30411.9 -7487 -65 MPa -80 MPa

129 -5638.3 -8504.3 10.3 -32183.4-

7405.12 -63 MPa -79 MPa

130 -5782.9 -8489.8 10.6 -33999.9-

7321.38 -62 MPa -78 MPa

-27 MPa -27 MPa-66 MPa -80 MPa

66 MPa 80 MPa

Sigma_min= -147.93 MPab) Efortul unitar maxim produs de forta care comprima biela

Fc este considerata sinusiodala si distribuita pe jumatatea inferioara a piciorului. Eforul unitar maxim se realizeaza tot in fibra exterioara, in zona de racordare la unghiul φ’ (in general se considera φ’ diferit de φ).

Fc=πD2

4⋅ϕmax−F i

σ r=σ c , adm>σc ,max=[2 M p '⋅6 r m +h

h (2 rm+h )+k⋅N p

' ⋅ϕ ]⋅ 16⋅h

<0

{N p' =N0

' cos (ϕo )+Fc

π [( π2−ϕ p

rad)sin (ϕo )−cos (ϕ po ) ]

M p' =M 0

' +r m⋅(N0' −N p

' )

Sigma_max= 237.817 MPa

Unghiul M0c N0c hp Mcfi Ncfisigma e C

sigma I C

90 0.0 31646.1 7.7 0 31646 98 MPa 98 MPa91 504.4 31595.5 7.7 -623 31642 96 MPa 96 MPa92 1008.8 31544.9 7.7 -1057 31630 95 MPa 94 MPa

51

93 1513.2 31494.2 7.7 -1300 31611 94 MPa 94 MPa94 2017.6 31443.6 7.7 -1353 31583 94 MPa 93 MPa95 2522.0 31393.0 7.7 -1217 31548 94 MPa 94 MPa96 3026.4 31342.3 7.7 -891 31505 95 MPa 95 MPa97 3530.9 31291.7 7.7 -375 31453 96 MPa 96 MPa98 4035.3 31241.0 7.7 329 31395 98 MPa 98 MPa

99 4539.7 31190.4 7.7 1222 31328 100 MPa101 MPa

100 5044.1 31139.8 7.7 2303 31253 103 MPa104 MPa

101 5548.5 31089.1 7.7 3573 31171 106 MPa108 MPa

102 6052.9 31038.5 7.7 5029 31081 109 MPa113 MPa

103 6557.3 30987.9 7.7 6673 30983 113 MPa118 MPa

104 7061.7 30937.2 7.7 8502 30878 118 MPa123 MPa

105 7566.1 30886.6 7.7 10518 30764 123 MPa129 MPa

106 8070.5 30836.0 7.7 12719 30644 128 MPa136 MPa

107 8574.9 30785.3 7.7 15104 30515 134 MPa144 MPa

108 9079.3 30734.7 7.7 17672 30379 140 MPa152 MPa

109 9583.7 30684.1 7.7 20424 30235 147 MPa160 MPa

110 10088.2 30633.4 7.7 23358 30084 154 MPa169 MPa

111 10592.6 30582.8 7.7 26473 29925 162 MPa179 MPa

112 11097.0 30532.2 7.7 29768 29759 170 MPa188 MPa

113 11601.4 30481.5 7.8 33242 29585 177 MPa198 MPa

114 12105.8 30430.9 7.8 36895 29404 184 MPa207 MPa

115 12610.2 30380.3 7.8 40725 29216 192 MPa217 MPa

116 13114.6 30329.6 7.9 44732 29020 198 MPa226 MPa

117 13619.0 30279.0 8.0 48913 28818 205 MPa235 MPa

118 14123.4 30228.4 8.1 53269 28607 211 MPa243 MPa

119 14627.8 30177.7 8.2 57797 28390 216 MPa250 MPa

120 15132.2 30127.1 8.3 62497 28166 221 MPa257 MPa

121 15636.6 30076.5 8.4 67367 27934 225 MPa263 MPa

122 16141.0 30025.8 8.6 72405 27696 228 MPa269 MPa

52

123 16645.4 29975.2 8.8 77612 27451 230 MPa273 MPa

124 17149.9 29924.6 9.0 82984 27199 231 MPa276 MPa

125 17654.3 29873.9 9.2 88522 26939 231 MPa278 MPa

126 18158.7 29823.3 9.4 94222 26674 230 MPa279 MPa

127 18663.1 29772.7 9.7 100084 26401 228 MPa279 MPa

128 19167.5 29722.0 10.0 106107 26122 225 MPa278 MPa

129 19671.9 29671.4 10.3 112288 25836 221 MPa276 MPa

130 20176.3 29620.8 10.6 118625 25544 217 MPa272 MPa

231 MPa279 MPa

94 MPa 93 MPa

231 MPa279

MPac) Eforturile unitare produse de boltul presat in picior (bolt fix in biela si montat cu joc in umerii pistonului)Presiunea de fretaj se determina cu relatia:

p f=s0+sbolt

d pi⋅[ d pe2 +d pi

2

d pe2 −d pi

2+μ

E+

debolt

2 +d i bolt

2

de bolt

2 −d ibolt

2−μ

Ebolt]

[MPa ]

pf= 7.63 MPas0 = 4...8 [μm] – strangerea initiala

sz =(αbolt−α )⋅d pi⋅(T−T0 ) - strangerea termica T = 375...425 [K] – temperatura in functionareαbolt = 1,2x10-5 [K-1] – coeficientul de dilatare termica a boltuluiα = 10-5 [K-1] – coeficientul de dilatare termica a bielei

μ – coeficientul lui Poisson

Efortul de fretaj in fibra exterioara este:

σ f=p f⋅2 d pi

2

d pe2 −d pi

2≤σ f , adm=100 .. .150 [ MPa ]

d) Coeficientul de siguranta la oboseala:

53

cσ=σ−1

βσε σ γ

⋅σν+Ψ σ⋅σm

>1

σ m=σ i ,max+σ c

2

σ ν=σ i ,max−σ c

2 σ max=σ i ,max+σ f σ min=σc ,max+σ f

σ n=σ max+σ min

2

σ ι=σ max−σ min

2

Ψ = 0,12...0,2βk = 1σ-1 = 350...370 [MPa] – otel aliat

coef. de sig 1.16

4.4.2.3 Verificarea deformatieiSageata maxima in planul normal la axa bielei se determina cu relatia:

f p=9,6⋅F i⋅rm

3

105⋅E⋅b⋅(2 r m−d pi )3⋅(ϕo−90o)2≤0,5 Δbolt

sageata maxima 0.092283 mm

4.4.3 Calculul capului bieleia) Daca planul de separare a capacului este normal la axa bielei ( MAC cu z suruburi –

se recomanda z=2 ), forta care revine unui surub este :

F s=F ic

z

Fs 2.7 19000.1 NFic – forta maxia de intindere a capului bielei

F ic=[mt (1+ Λ )+mA−mc ]⋅R⋅ωmax2

mt [kg] – masa pieselor in miscare de translatie

mA [kg] – masa partii din biela in rotatie

54

mc [kg] – masa capului bielei

Fic= 14074.2 NmA=mb−mB mB = 0,275mb; mb = masa bieleimc = (0,2...0,3)mA Forta de prestrangere initiala se incadreaza in intervalul (2...3)Fs [N]:

F0 1.7-

11963.0 NForta suplimentara in exploatare este in intervalul (0,15...0,25)Fs

’ [N]Forta maxima in exploatare se determina cu formula:

FΣ=F 0+F s' [N ]

b) Predimensionarea surubului

Diametrul minim al surubului se determina cu formula:

d s=√ 4⋅c⋅FΣ

1 ,15⋅π⋅σc

c = 2,5...4 - coeficient de siguranta la curgeresigma c 800 MPadb 9.5 mmd0 10 mm

S-a ales surubul M10.

c) Verificarea la oboseala

σ max=FΣ

πds

2

4

[ MPa ]

σ min=F0

πds

2

4

[ MPa ]

σ ν=σmax−σ min

2

σ m=σmax+σ min

2

sigmamax 268.1 MPasigma min 168.8 MPasigmav 49.6 MPa

55

sigmamed 218.4 MPaSe vor alege:

βσ = 4...5,5;εσ = 0,8...1;Ψ = 0,2.

Se vor calcula:σ ν

σm

; ξ=σ−1

σc

;ξ−Ψ σ

1−ξ>

σν

σ m

Astfe se determina:beta0= 1.5epasilon= 1gama= 1.2

Se calculeaza coeficientul de siguranta:

cσ=σ c

βσ

ε σ γσ ν+Ψσm

coef.sig= 2.98

4.4.3.1 Predimensionarea capului bielei

Dimensiunile capului sunt strans legate de cele ale fusului maneton (dm, Lm), alezaj, D, si diametrul exterior al filetului suruburilor. Diametrul manetonului:

dm = (0,56...0,72)D – MAC in linie.

56

dm 54 mmLm = (0,5...0,6)dm – MAC in linie.

lm 45.1 mmFusul maneton se verifica sumar la presiune maxima si incalzire, cunoascand

valorile max si mediu, Rm,max si Rm,med ale reactiunilor din diagrama polara a acestuia:

1) Presiunea maxima

p m ,max=Rm ,max

dm⋅Lm'≤20. . . 42 [MPa ]

Lm’ = Lm – lungimea portanta a fusului maneton

2) Presiunea medie

pm , med=Rm, med

dm⋅Lm'≤30 . .. 100 [MPa ]

3) Coeficientul de uzura

k f=√ p m,med⋅wm3 [ MJ

s3 ]=110. .. 130

wm=ξπ⋅dm⋅n

60 [ms ] - viteza periferica a fusului maneton

Diametrul interior al capului:

dc=dm+2hcu

dmi= 1.2Grosimea cuzinetului, hcu = (0,06...0,1)dm

hcu 4.32 mmGrosimea capului:

bc=dce−dc

2

latime biela 44.1 mm

Raza de racordare cu corpul, ρc, pozitia sectiunii de incastrare si a sectiunii maxime a corpului, xc, se stabilesc analogic cu cele ale piciorului:

Lc = (1,1...1,35)Lp

– latimea corpului bielei in partea capului, Lp fiind adoptat la calcului picioruluilc 72 mm

4.4.3.2 Verificarea de rezistenta a capului bielei

57

Se face la intindere sub actiunea fortei Fc, sinusoidal distribuita pe jumatatea inferioara a capului. Folosind relatiile pentru grinzi drepte, efortul unitar in sectiunea de racordare este:

σ ic=k M⋅M 0

W C

+kn⋅N0

Ac

≤σ A=100. . .300 [ MPa ]

{M 0=10−3⋅F ic⋅Lc

2 (0 , 83 ϕco−62) [ Nmm ]

N 0=10−3⋅F ic (792−3 ϕco) [N ]

M0 34134.3 NmmN0 680.0 N

Lc=dce−dc

2 distanta intre axele suruburilor

{k M=1

1+( hcu

hc)3

k N=1

1+hcu

hc

Km 0.44Kn 0.25

W c=bc hc

2

6[mm3 ]

modulul de rezistenta

Ac=bc h c [mm2 ] aria sectiunii

Wc= 1164 mm3Ac= 582 mm2

bc – latime cap biela

latime biela 44.1 mm

sigmaic 9.12 MPac_comp= 87.70 -

4.4.3.3 Verificarea deformatiei capuluiSageata maxima, in plan normal la axa bielei este:

f c=1,5 F ic⋅l c

3

106⋅E⋅(lc+l cu )⋅(ϕc

o−90o)2≤0,5 Δcu

58

fc= 0.06 mm

lc=bhc

3

12[mm4 ]

momentul de inertie al sectiunii capului

lcu=bc hcu

3

12[mm4 ]

momentul de inertie al cuzinetului

Δcu = (0,0003...0,003)dm

4.4.4 Calculul corpului bielei

4.4.4.1 Dimensiunile corpului bielei

Dinemsiunile corpului bielei se determina pentru picior (indice „p”), pentru cap (indice „c”) si mediu (indice „M”).

B = 0,75 Hp, c, M

a = 0,16 Hp, c, M

h = 0,666 Hp, c, M

e = 0,583 Hp, c, M

Hpicior = (0,48...1)dc – latime corp piciorHp= 28 mm

Hcap = (1,1...1,35)Hp – latime corp capHc 47 mm

Se verifica la oboseala prin intindere – compresiune in sectiunea minima si medie (in care se considera si flambajul ce insoteste comprimarea, in planul de miscare si cel de incastrare)

- In sectiunea minima (m)

σ m ,max=Fc

Am

≤σa=200 .. . 400 [ MPa ]

A=2Ba+Lp−2a [mm ] σ m ,min=−

F i

Am

[ MPa ]

Fi – valoarea de la calculul piciorului

cσ=σ−1

βσ

ε σ γσ ν+Ψ σ σ m

=2. .. 3

βσ , εσ , Ψ σ , γ , σ−1 - se considera aceleasi de la piciorul bielei

59

σ ν=σm ,max−σm ,min

2

σ m=σm ,max+σm ,min

2 sigma v 60.50 Mpa

Sigma med 50.96 Mpa

ccap 5.15 -- In sectiunea medie (M), in planul de miscare

σ M ,max=Fc−F iBM

AM

≤σ a=200 .. . 400 [MPa ]

AM=2 BM⋅aM+aM (H M−2 aM ) k z=1+c⋅

L2⋅AM

I z

I z=BM H M

3 −(BM−aM ) ( HM−2 aM )3

12[mm4 ]

c = 0,0002...0,0005

σ M ,max=−Fc+FiBM

A M F iBM= ρω2 [V t R (1+Λ )−V 2⋅x x⋅Λ2] [ N ] ρ=7 , 85[ kg

dm3 ]V t=V 1+V 2 [dm3 ] V 1=

π4 (d pe

2 −d2 )b [dm3 ] - volumul piciorului

V 2=AM (x p+L '−de

2 ) [dm3 ] -volum corp intre sectiunea medie si picior

L '=L−(x p+xc ) x2=1,5 x p+

L '−d pe

4

cσz=σ−1

βσ

εσ γσν+Ψ σ σm

=2 .. . 3

60

σ ν=σM ,max−σ M ,min

2

σ m=σ M ,max+σM ,min

2 γ=0 ,64 - strunjit fin

βσ , εσ , Ψ σ - au aceleasi valori ca la picior

sigma v 54.06 MPaSigma med 23.69 MPa

ccorp 6.05 -

4.5 Calculul si constructia arborelui cotit

4.5.1 Stabilirea formei generale

4.5.1.1 Predimensionarea arborelui cotit

61

Dimensiuni coturi Cot 1 Cot 2 Cot 3 Cot 4 Cot 5 Cot 6 Cot 7

l 1.30 1.30 1.30  1.30dp 0.80 0.80 0.80 0.80  0.80lp 0.40

dpi

dm 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65

lm 0.55 0.55 0.55 0.55dmib 0.28 0.28 0.28 0.28h 1.2 1.2 1.2 1.2ro

Dimensiuni coturi Cot 1 Cot 2 Cot 3 Cot 4 Cot 5 Cot 6 Cot 7

l 107 107 107 107dp 66 66 66 66 66lp 15 15 15 15 85.28 0dpi 0 0 0 0 0 0 0dm 54 54 54 54 54 54lm 46 46 46  46

dmi 0 0 0 0 0 0grosime brat 23 23 23 23 0 0latime brat 99 99 99  99

62

ro 0 0 0 0 0 0 04.5.1.2 Stabilirea formei si a ordinii de aprindere

Ordinea de aprindere

dreapta stingapozitia

coturilor1 1 0 02 3 0 1803 2 0 1804 4 0

4.5.1.3 Stabilirea dimensiuilor contragreutatilorCot Brat raza unghi

1s 164 60d 164 60

2s 164 60d 164 60

3s 164 60d 164 60s 164 60

4 d 164 60

4.5.2 Calculul de verificare a arborelui cotit

4.5.2.1. Stabilirea elementelor de calcul

Fusurile maneton se numeroteaza consecutiv de la extremitatea din fata cu 1, 2, 3...i, iar cele palier cu 0, 1, 2...i (cand alterneaza cu cele maneton).

4.5.2.1.1 Momentele de resucire care solicita fusurile

Palier:

M pj=∑z=1

j

M z

Mz – momentul motor dezvoltat de cilindrul z (momentele Mz au aceiasi variatie cu unghiul α dar decalate potrivit ordinii aprionderilor)

Maneton:

M mj=∑z=1

j−1

M z+0,5 M j

Va rezulta : Mp0 = 0 (neglijnad momentul transmis instalatiilor auxiliare si anexe prin extremitatea din fata a arboerlui cotit).

M pic=M rez=∑z=1

i

M z

Mm1 = 0,5M1 Mp1 = M1

63

Mm2 = M1 + 0,5M2 Mp2 = M1 + M2 Mm3 = M1 + M2 + 0,5M3 Mp3 =M1 + M2 + M3 etc...

4.5.2.1.2 Reactiunile de pe fusurile palier

Se considera arborele echipat cu contragreutati identice in prelungirea tuturor bratelor.

a) Pentru paliere extreme (ex. j = 0)

ZP 0=0,5 (Z1−Fr )T P 0=0,5 T 1

Unde Z1 si T1 sunt Z,T din calculul dinamic.

F r=F A+Fm,+2 (Fb−Fc )

b) Pentru palierele intermediare (ex. j = 1)

ZP 1=12 (Z1−Fr+Z2cos ϕ−Fr cosϕ+T 2sin ϕ )

T P 1=12 (T 1+T 2cosϕ−Z2sin ϕ+Fr sin ϕ )

Unde Z2 , T2 sunt aceleasi cu Z,T de la calculul dinamic, dar decalate fata de Z1 si T1 potrivit ordinii de aprindere.

Fr – fortele de inertie ale amselor in miscare de rotatie, inclusiv a contragreutatilor;Fr = 0 daca contragreutatile echilibreaza 100% celelalte forte (FA, Fm, Fb, a partii din biela in rotatie a manetonului respectiv bratului).

4.5.2.2 Vefificarea sumara la incalzire si presiunea maxima a fusurilor arborelui cotit

- Presiunea maxima:

p f max=R f max

d f⋅l f'

[ MPa ]

- Presiunea medie:

p fmed=Rfmed

d f⋅lf'

[ MPa ]

Unde: lp’ – lungimea portanta a fusuluiρf – raza de racordare a fusului cu bratul

lp' =lp−2 ρp [mm ] - pentru paliere

64

lm' =lm−2 ρm[mm ] - pentru manetoane

Rfmax si Rfmed se determina sin diagrama polara a fusului considerat.

pf pf mediucoef. pres coef. Kf

maneton 21.12 4.97 5.95 7.171 4.03 1.17 4.96 8.642 2.91 0.33 6.87 16.343 3.28 1.12 6.10 8.864 15.38 4.84 1.30 4.265 9 1.84 4.45 2.31

- Coeficientul de uzura (kf)

W f=10−3⋅ξ f

π⋅d f⋅n60

[m / s ] - viteza periferica relativa in lagar

Pentru paliere ξf = ξp =1

R f=√ p fmed⋅W f3

Pfmax = 20...42 [MPa] pentu MAC

Coeficientul de uzura are valori, in functie de material, in urmatoarele intervale:

- Alaij de Sn: kf = 75...95 ( MJ

s3 )0,5

- Alaij de Al: kf = 95...110 ( MJ

s3 )0,5

- Bronz cu Pb turnat: kf = 75...80 ( MJ

s3 )0,5

- Bronz cu Pb placat: kf = 110...130 ( MJ

s3 )0,5

Kf 280,00

kf coef. Kfmaneton 39.06 7.17

1 32.41 8.642 17.14 16.343 31.61 8.864 65.80 4.26

65

coeficient pres 20,00

5 47.53 2.31

4.5.2.3 Verificarea de rezistenta a arborelui cotit

4.5.2.3.1 Fusurile palier

Fusurile palier se verifica la obiseala numai la rasuciere sub actiunea momentului Mp(α), precizat anterior, in sectiunile care contin concentratori de tensiuni: racordare cu bratul cu raza ρp

(SR) si a orificiului de ulei de diametru d0 (SU). Coeficientul de siguranta este:

cτ=τ−1

βτ

ετ⋅γ⋅τ v+Ψ τ⋅τm

τ v=τmax−τ min

2

τ m=τmax+τ min

2

τ max,min=M P max,min

W p

W p=π⋅d p

3

16 [1−( d pi

d p)

4]

Ψ τ =2⋅τ−1τ0

−1

βτ=(0,4 .. . 0,6 ) βσ βσ=1+2 ( βT 0−1 )

4.5.2.3.2 Fusurile maneton

Fusurile maneton se verifica la oboseala atat la rasucire cat si la incovoiere in SN si SU.

66

tau m ctau

Cot 2 2.52 56.26Cot 3 5.01 28.21Cot 4 7.52 18.79Cot5 12.07 11.61

a) Coeficientul de siguranta la rasucire, sub actiunea momentului Mm(α), se face similar ca la cτ.

τ max,min=M P max,min

Wm

W m=λm⋅πdm

3

16 [1−( dmi

dm)

4]

δ=dmi

dm

e¿= 2e

dmi−dm

Sigmav Sigmam Csigma CsumaCot 1 42.37 28.52 11.13 7.90Cot 2 37.46 -14.62 14.39 12.08Cot 3 43.36 14.60 11.32 6.20Cot 4 65.09 21.93 7.54 5.66

a) Coeficientul de siguranta la incovoiere

67

cσ=σ−1

βσ

ε σ⋅γσv+Ψ σ⋅σm

σ v=σmax−σ min

2

σ m=σmax+σ min

2

σ max,min=M imax,min

W i

W i=Wm

2

Ψ σ=2⋅σ−1

σ 0

−1

Mi – momentul incovoietor

l0=l m

2 - pentru motoare cu cilindri in linie

- In sectiunea SR (punctul B)

M imax,min=Z P max,min⋅( lp

2+b)+(Fb−Fc )

b2 c

68

- In sectiunea SU (punctul A)

M imax,min=Rϕ max,min (lp+b+ l0)+(Fb−Fc ) ( b2+l0 )cos ϕ

Sigmav Sigmam Csigma Csuma

Cot 1 11.55 -0.04 11.37 10.79Cot 2 2.24 -0.60 14.09 14.36Cot 3 19.60 11.59 14.22 10.26Cot4 55.31 16.61 9.47 8.80

a) Coeficientul de siguranta total

c Σ=cσ⋅cτ

√cσ2+cτ

2

In cazul in care ic>3(ic – numarul de coturi ale arborelui cotit), se pot lua in calcul, sumar, tensiunile suplimentare produse de vibratia torsionala, considerand in locul lui cσ (atat la fusurile palier cat si la cele maneton) un coeficinet de siguranta efectiv.

cef=cσ

λd λd=1+0 , 08 (ic−2 ) - coeficient de amplificare dinamica

CsumaCot 1 10.79Cot 2 14.36Cot 3 10.26Cot 4 8.80

4.5.2.4 Datele necesare calculului coeficientilor de sigurantaArborele cotit va fi fabricat din otel aliat 18MoCrNi13. Proprietaile acestui material sunt:

- Rezistenta la rupere: σr = 1100...1450 [MPa]

69

Csuma10.7914.3610.268.80

- Rezistenta la oboseala: σ-1 = 380...500[MPa]

σ 0=1,6⋅σ−1 τ−1=(0 , 25. .. 0 , 35 )σ r=0,6⋅σ−1=300 .. . 320[MPa ] τ 0=(1,8 .. .2 )τ−1=190. . .220 [MPa ]

- Coeficientul de sensibilitate al materialului: q = 1- Ceoficientul teoretic de concentrare:

- pentru orificul de ulei cu d0 = (0,1...0,33)df -> 2...3- pentru raza de racordare ρf / df : 0,0625 -> 1,75 0,125 -> 1,5 0,25 -> 1,2

0,5 -> 1,1 - Factorul de calitate al suprafetei: γ = 1,1...1,3 – pentru fusuri ecruisate

γ = 1,2...1,7 – pentru fusuri calite CIF

- Factorul dimensional: ε

Dimensiune [mm] εσ [MPa] ετ [MPa]20 0,90 0,88

30 0,85 0,83

40 0,80 0,78

50 0,75 0,72

100 0,65 0,60

500 0,55 0,50

70

Valorile uzuale pentru coeficinetii de siguranta, pentru motoare de automobil sunt:- Pentu fusul palier cσ = 3...4- Pentru fusul maneton cΣ = 1,7...3

4.5.2.5 Bratele

Bratele se verifica la obosela atat la solicitari de rasucire cat si longitudinale in planul tangent la suprafata palierului, normal la planul cotului si cel de miscare, in punctul C de racordare cu fusul. Cand bratele sunt identice din punct de vedere constructiv, solicitarea in C este aceiasi (se verifica un singur brat).

In functie de raportul h / b se calculeaza λbr

h / b λbr h / b λbr

1 0,208 3 0,2671,5 0,231 4 0,2821,75 0,239 6 0,299

2 0,246 8 0,3072,5 0,258 10 0,313

71

a) Coeficientul de siguranta la solicitari longitudinale cσ

σ max,min=3 Z p max,min (l p+b )

hb2+

Z p max,min−Fc

hb βσ=βσ ref⋅βσh⋅βσδ⋅β σe⋅β σs⋅β σL

curba δ curba δ1 0,8 5 0,62 0,75 6 0,553 0,7 7 0,54 0,65 8 0,4

Acoperirea fusurilor:

s=d m+d p

2−R

Se aleg valori pentru βσ ref , βσh , βσδ , β σe , β σs , β σL din curbele de mai jos:

72

73

L=R−dm+d pi

2 - pentru paliere negaurite

L=R−dm

2 - pentru paliere gaurite a) Coeficientul de siguranta la rasucire cτ

τ max,min=τ P max,min⋅(lp+b )

2 Χbr⋅h⋅b2

Χ br - coeficientul lui Saint – Venantβτ=βτ ref⋅βτh⋅βτδ⋅β τe⋅β τs⋅β τL

Valorile coeficientilor βτ ref , βτh , βτδ , β τe , β τs , β τL se aleg din figurile de mai jos:

εσ si ετ se aleg din detele prezentate la verificarea fusurilor (h – dimensiunea de rerefinta) iar γ = 0,7...0,8 pentru brate neprelucrate mecanic sau γ = 0,9...1,0 in cazul bratelor prelucrate mecanic.

tauv taum Ctau

Cot 1 1.35 0.91 257.10

74

Cot 2 1.02 0.61 354.68

Cot 3 0.61 0.09 772.43

Cot4 6.43 0.15 153.67

75