Motoare pentru autovehicule II

Sa se proiecteze elementele mecanismului biela-manivela pentru un motor cu ardere interna avind puterea P = 12.85 [kw], la turatia n=5250[rot/min],m.a.s.

1.Introducere

Mecanismul biela-manivela este destinat transformarii miscarii liniare alternative a pistonului intr-o miscare de rotatie a arborelui cotit sau invers.

Acest mecanism este utilizat in constructia motoarelor cu ardere interna cu piston ca si la masinile de lucru de tipul pompelor, compresoarelor, sau in constructia unor subansamble de la masimile agricole, masinile-unelte etc.

Elementele constructive ale mecanismului biela-manivela la un motor cu ardere interna sunt prezentate in fig.1.1.

Fig. 1.1 Schema mecanismului biela-manivela pentru motoarele cu ardere interna

1

Pentru calculul motorului vom tine cont de urmatorii parametrii:

Lungimea bielei l 0.085 m

Raza manivelei r 0.02681 m

Raportul de comprimare ? 10.3 [-]

Diametrul pistonului D 0.07 m

Aria pistonului S 0.003848 m

Volumul minim din camera de ardere Vmin 2.22E-05 m^3

Viteza unghiulara ? 602.1386 rot/min

Presiundea de admisie pa 9.00E+04 bar

coeficientul excesului de aer k 1.4 [-]

unghiul de inceput al arderii ?ia 349 [RAC]

Durata arderii ? ? 40 [-]

parametru de performanta a 5.6 [-]

Raport stoichiometric Lmin 14.7 [-]

Puterea calorifica a combustibilului H0 47.3 [j/kg]

Constanta aerului R 279 k

masa pistonului m 0.4 kg

Temperatura aerului in galeria de admisie t 23 [?C]

Coeficient Kp 100 [-]

Temperatura lichidului de racire Tl 368 k

Cursa optima a pistonului C 1.2 [-]

Turatia motorului n 5250 rot/min

Presiunea in carter Pcarter 100000 Pa

Viteza unghiulara w 549.7787 [rad/s]

2.CALCUL CINEMATIC

Cinematica mecanismului biela-manivela s-a calculat tinand cont de urmatoarele conditii:motorul functioneaza in regim stabilizat, adica turatie constanta (n=constant) si viteza unghiulara a arborelui cotit constanta (?=constant).

In acest caz, dependenta intre viteza unghiulara ? si turatia n [rot/min], se obtine cu relatia:

?=?*n/30 [rad/s].

Dependenta intre unghiul de rotatie al arborelui cotit ?[?RAC], timpul ?[s] aferent unghiului ? si turatia n[rot/min], se obtine astfel:

?=360*n*?/60 = 6*n*? [?RAC]

Pentru calculul fortelor ce actioneaza in mecanismul motor, este necesara cunoasterea cinematicii pistonului: deplasarea, viteza si acceleratia pistonului.

Fig 2.1 Schema mecanismului biela-manivela

-Deplasarea pistonului se obtine determinand deplasarea piciorului bielei, respectiv al punctului B (fig. 2.1). Astfel, deplasarea pistonului la un moment dat, se obtine cu relatia:

x=l+r-(l*cos?+r*cos?)

Tinand seama de relatiile trigonometrice:

r/sin?=l/sin?

sin?=x/l => x= sin?*l

sin?=x/r => x= sin?*r

=> sin?=( sin?*r)/l

?sin?^2? + ?cos?^2 ? = 1 => cos ? = ?(1-?sin?^(2 ) ?)

cos ? = ?(1-((r*sin?)/l)^2 )

Legea de variatie a deplasarii pistonului functie de unghiul de rotatie ? devine:

x(?) = r + l - r*cos? - l*?(1-((r*sin?)/l)^2 ) [m]

Fig 2.2 Legea de variatie a deplasarii pistonului

-Viteza reprezinta variatia deplasarii pistonului in timp si se determina cu urmatoarea relatie :

v = dx/dt = dx/d?*d?/dt = ?* dx/d? .

v(?) =?* (?x(?)?_(i )-?x(?)?_(i-1 ) )/(?_i-?_(i-1) ) [m/s], unde ?=(?*n)/30 [rad/s]

i ? [0, 720]

Fig 2.3 Variatia vitezei in functie de unghiul de rotatie ?

-Acceleratia reprezinta derivata vitezei pistonului in raport cu timpul si se determina cu urmatoarea relatie:

a = dv/dt = dv/d?*d?/dt = ?* dv/d? .

a(?) = ?* (?v(?)?_(i )-?v(?)?_(i-1 ) )/(?_i-?_(i-1) ) [m/s^2] , i ? [0, 720]

Fig 2.4 Variatia acceleratiei functie de unghiul ?

3.Calculul fortelor

Este nevoie de determinarea fortelor din mecanismul biela-manivela pentru a putea dimensiona piesele.

Ioan Fara, ALUMINIUL de la material prima la produse finite, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000

- Iozsa Mihail-Daniel, Bejan Nicolae, Fabricarea si repararea autovehiculelor, Universitatea "Politehnica" Bucuresti, Bucuresti.

- http://www.nedalextrusion.com/e/alloys/description-of-alloys/ alegerea materialului pentru piston

- http://www.euralliage.com/aluminium_english.htm alegerea materialului pentru biela

- http://www.splav-kharkov.com/en/e_choose_type_class.php?type_id=3 alegerea materialului pentru arborele cotit.

- http://www.scrigroup.com/educatie/fizica/CINEMATICA-MECANISMULUI-BIELAM71821.php , calculul cinematic si scheme