date intrareDate de proiectare

Motor cu aprindere prin scanteie

Putere nominala P =60 kW

Turatia nominala n =5850 rot/min

Numar cilindrii i =4

Dispunerea cilidrilor:liniar

Cilindreea totala Vt =1365 cm3

Cursa pistonului S =81 mm

Alezajul D =73 mm

Presiunea maxima a gazelor 74.8*10^5 N/m2

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 =73mm

presiunea la sfarsitul arderii pg

pg=74.8*105 N/m27.48N/mm2

Grosimea peretilor se adopta din conditii de rigiditate:

pentru MAS d= 0,06D+2 mm

d = 0.06D+2=6.4mm

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=86mmDmed=79mmt=21.7N/mm2

Tensiunea de incovoiere este data de relatia

W=29414.0959692724mm3

i=2.1N/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=1510N

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:

54376.8284545396N/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

90mm Dg - diametrul gulerului

96mm

Ds - diametrul zonei de centrare

91mm

Dm diametrul mediu de etansare

84mm

Momentul incovoietor care actioneaza in gulerul camasii este dat de relatia:

910.7673432Nmm

unde : y - reprezinta bratul dintre cele doua forte Fs care actioneaza asupra gulerului cilindrului:

4mm

Inaltimea gulerului cilindrului Hg:

7mm

unde :ai=80Mpa

Tensiunea egala pentru o portiune egala cu unitatea este:

120Mpa

Elemente de etansare a cilindrilor

Etansarea cilindrului la partea superioara fata de gazele arse se realizeaza cu garnitura de chiulasa iar fata de lichidul de racire n partea inferioara cu garnituri a caror forma depinde de solutia constructiva adoptata.

Garnitura de chiulasa

Se deformeaza sub efectul de strangere a chiulasei, in timpul arderii cand presiunea gazelor tinde s indeparteze chiulasa, materialul garniturii trebuie sa posede o elasticitate suficienta pentru a urmarii deplasarea chiulasei si, sa nu se compromita etansarea. Temperaturile inalte cu care vine n contact garnitura de chiulasa nu trebuie sa afecteze rezistenta si elasticitatea materialului. In functie de materialul din care se confectioneaza garnitura de chiulasa acesta poate fi: metaloplastica, plastica sau metalica. In cazul de fata ca solutie constructiva se alege pentru etansarea chiulasei cu blocul motor garnitura de chiulasa metaloplastica. Garnitura metaloplastica este constituita dintr-o foaie de azbest armata cu o tesatura din fire metalice sau o placa (inima) din cupru sau otel cu continut scazut de carbon. Protectia garniturii contra gazelor arse se realizeaza prin bordurare cu tabla din cupru sau aluminiu. La unele garnituri se bordureaza si orificiile de trecere ale lichidului de racire. Orificiile garniturii pentru circulatia uleiului si lichidului de racire se executa cu diametre mai mari cu 23 [mm] fata de cele din bloc sau chiulasa pentru a se elimina efectul de diafragma la curgerea acestora. Orificiile pentru suruburile (prezoanele) de chiulasa sunt cu 12 [mm] mai mari decat diametrul acestora.

Etansarea fata de lichidul de racire

Etansarea fata de lichidul de racire se realizeaza cu inele din cauciuc montate in canale executate n camase.

Se alege inel O cu diametrul sectiuinii d:

d = 3mm

Dimensiunile canalului de etansare:

Latimea canalului b:

b =4.2mm

Adancimea t:

t =5.2mm

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

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 =58.4mmse adopta :H =59mm

Lungimea mantalei L

L = 0,5000,800D =43.8mmse adopta :L =44mm

Inaltimea de compresie ll

ll = 0,5000,700D =43.8mm

se adopta:ll =44mm

Inaltimea de protectie a segmentului de foc h

h = 0,0600,120D5.11mmse adopta:h =5.5mm

Grosimea flancului hc

hc = 0,0350,450D=3.65mmse adopta:hc =4mm

Grosimea capului

= 0,0800,100D5.84mmse adopta: =6mm

Distanta dintre bosajele alezajului boltului b

b = 0,2500,400D =29.2mmse 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=180143309.25N/mm21801.4330925105 N/m2

Diametrul fundului segmentului d:

d = D - 2 ( jr + t ) =62mm

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

0.18mm0.11mm

Diametrul pistonului la cald la partea superioara:

Dp = D - 's =72.82mm

Diametrul exterior al pistonului in stare rece la partea superioara si partea inferioara

72.62mm

72.69mm

Jocurile diametrale n stare rece n zona superioar i inferioar

0.38mm0.31mm

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

29Mpa

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

6Mpa

unde:pg - presiunea maximapg =7.48N/mm2

efortul unitar echivalent:

31Mpaech = 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:

280105 N/m2

unde :AA - aria sectiunii reduseAA = 1114mm2

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

62.3187184008mm

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

60.495028302mm

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:

0.2200653353N/mm2

unde: Nmax - forta normala care actioneaza intr-un plan perpendicular pe axa boltului [N]Nmax =1510N

LN - lungimea mantalei [m]LN =44mm Aev - aria suprafetei proiectata pe un plan normal pe axa boltului [m2]

10065.5686143221mm2

Grosimea peretelui mantalei respectiv diametrele interioare se determina cu urmatoarele relatii:- in planul axei boltului

62.3667198658mm

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

62.3775259706mmunde :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:

3.5

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 =0.075mmja2 =0.023mmja3 =0.035mm

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 300 380 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

6.796N/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

3.1739130435

sau

11.765

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

160.2297701123

unde: m - coeficient care depinde de metoda de montare pe pistonm =2pt montaj cu ajutorul clestelui

Calculul tensiunii maxime in segment

558.2405190713

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 =0.292mm

al 2-lea segment de compresie3 = 0,003D =0.219mm

segmentul de ungere3 = (0,0010,002) D =0.1095mm

Jocul la capetele segmentului in stare calda'3 = (0,00150,0030) D =0.146mm

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 =18.98mm

Diametrul interior di [mm]

di = (0,650,75)de= 0,68de =13mm

Lungimea bolului l [mm]

l = (0,880,93)D = 0,88D =64mm

Lungimea de contact cu piciorul bielei lb[mm]

lb = (0,260,30)D = 0,28D =20mm

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:

28354.6163603482N

mp=0.85kgmb=0.72kgm1b=0.2338kgm2b=0.6163kgmcb=0.3kgR=0.034m=282.74rad/sec=1/3.6=0.278

31306.6933593326N

-2952.0769989844N

Presiunea n locasurile din piston

37Mpa< Ppa =15.35Mpa

lp =20mm

Presiunea n piciorul bielei

80.70Mpa

Verificarea la ncovoiere

Tensiunea maxima determinata de momentul incovoietor la mijlocul boltului

671.2815381349 < i = 500 N/mm2

unde:0.68

Tensiunea minima determinata de momentul incovoietor la mijlocul boltului

272.2750394658N

Pgmin =65053.7337759793N/m20.0650537338N/mm2

Fjpmin=9336.4531956177NFmin =9608.7282350835N

227.4818952651N/mm2

Efortul unitar mediu (m) i amplitudinea eforturilor unitare (a) se determin cu

449.3817167N/mm2

221.8998214349N/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:

1.2842318588

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

182.3162613282N/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

395.3401808926N/mm2

1 =17

244.1806999631N/mm2

2 =10.5

162.7871333087N/mm2

3 =7

279.0636571007N/mm2

1 =12

Valorile marimilor: K, 1, 2, 3, 4, repartitia sarciniiDeformatia maxima de ovalizare

0.03011009mm

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 =0.03796mm

Calculul jocului la montaj

Jocul de montaj dintre bolt si locasul sau din piston

-0.0041598757

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 =24.674mmse adopta : de =42mm

Diametrul interior al piciorului bielei di,

di = d + 2 hb =23mm

Grosimea radiala a piciorului bielei hp,

hp = (0,160,20) d =3.2266mmse adopta : hp =4mm Grosimea radiala a bucsei hb,

hb = (0,0800,085) d =1.5184mmse adopta : hb =2mm

Lungimea de contact a boltului cu piciorul bielei a,a =20mm

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:

9750.7697641174Nmm

997.531216049Nunde: Mo - momentul incovoietor in sectiunea B-B determinat de forta de intindere

-1388.4005355574Nmm

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

16.245mm

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:

0.7368421053

unde: Ab - aria seciunii bucseiAp=2*hb*aAb =81.76mm2

Ap- aria seciunii picioruluiAb=2*hp*aAp =163.52mm2

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:

-186.6455612618N/mm2

174.8080638196N/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

28354.6163603482N

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:

-1496.7116717856Nmm

117.6796983326N

unde: c se msoar n radianic =110oc =1.9198621772rad Mo' - momentul incovoietor in sectiunea B - BMo' / Fc rm 103 =0.25N/mm2Mo' =0.4363591314N/mm2

No' - forta normala in sectiunea B - BNo' / Fc 103 =0.9No' =25.5191547243N

Valorile tensiunilor in sectiunea de incastrare determinate de forta de compresiune se calculeaza cu urmatoarele expresii:

pentru fibra interioara

31.0899876859N/mm2

pentru fibra exterioara

-24.3919765647N/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

0.018384mm

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:

53.5609235343N/mm2

unde: -coeficientul lui Poisson =0.3

Valorile tensiunilor produse de presiunea pf sunt: in fibra interioara

99.3316580131N/mm2

in fibra exterioara

45.7707344788N/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:

220.5787982983N/mm270.1627110435N/mm2

Amplitudinea a i tensiunea medie m a ciclului:

75.2080436274N/mm2

145.3707546709N/mm2

In aceste conditii expresia coeficientului de siguranta poate fi scrisa sub forma urmatoare:

2.5489843542

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

0.0070761639mm

unde: I - momentul de inerie al suprafeei seciunii piciorului bielei

27.2533333333mm3

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 =29mm Hc = (1,101,35) Hp = 1,20 HpHc =35mm hi = 0,666 Hp hi =20mm H =l(de+dm)2H =92.44mm B = 0,75 HpB =22mm a = 0,167 HpDimensiunile corpului bielei a =5mm l - lungimea bileleise adopta l = 122mm l1 - lungimea incastarta a bieleil1=

se adopta l1 =92mmCorpul 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:

12.0389418763N/mm2

unde: A - aria sectiunii de calcul a corpului bielei312.65802792mm2

Corpul bielei este supus la compresiune de catre forta determinata cu relatia:

27542.6215340393N

Tensiunea de compresiune este data de relatia:

88.0918418032N/mm2

Tensiunile de flambaj sunt:

in planul de oscilatie:

98.6628628196N/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

98.6628628196N/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:

186.7547046229N/mm2

in planul de incastrare

186.7547046229N/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 =186.7547046229N/mm2 min tensiunea minima: min = c =88.0918418032N/mm2 a amplitudinea ciclului49.3314314098N/mm2

m tensiunea medie

137.423273213N/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 =88mm

Diametrul fusului palier dp = (0,600,80) Ddp =44mm

lungimea fusului palier lp paliere intermediare : lpi = (0,3 0,5) dplpi =18mm paliere externe sau medii lpe = (0,50,7) dplpe =26mm

Diametrul fusului maneton dm = (0,550,70) Ddm =40mm

Lungimea fusului maneton: lm = (0,450,6) dmlm =24mm

diametrul interior dmi = (0,60,80) dmdmi =28mm

Grosimea bratului: h = (0,150,36) dmh =14mm

Latimea bratului b = (1,171,90) dmb =60mm

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:

41.0974412578MPa

37.7533308313MPa

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