Renault Megane RS TrophyRenault Megane RS TrophyDatele
melePutere nominala=184KwTuratie nominala=5300rpmNumarul de
cilindrii=4Alezaj (D)=82.7mmCursa (S)=93mmCilindree=1998litriDatele
fabricantuluiMarcRenaultModelMeganeGeneraieMegane Coupe DZ0/1Tip
motorF4R 874Numr de ui2Putere265 hpViteza maxim254 km\hAcceleratie
0-100 km\h6.0 secAspiratieTurboTuratia Maxima6500 rpmTipul
injectieiMultipunct secventialaVolumul rezervorului60 litriAnul
nceperii produciei2011Lungime4299Lime1848nlime1435Ecartament
fa1594Ecartament spate1548Amplasarea motoruluiFa, LongitudinalCutia
de vitezeManuala, 6+1 TrepteCuplu360 Nm intre 3000-5000
rpmPoziionarea cilindrilorin linieNumrul de cilindri4Diametrul
cilindrilor82.7Cursa cilindrilor93Raport de compresie8,6:1Numrul de
supape per cilindru4Tipul de combustibilBenzina RON
95-99TractiuneFataABSDaDiametrul discurilor fata340mmDiametrul
discurilor spate290mmDimensinile anvelopelor235/40 R 18 95
YConsumul de combustibil - n ora (urban)11.3Consumul de combustibil
- n afara oraului (extra-urban)6.5Consumul de combustibil -
combinat (mixt)8.2Mas proprie1350 kg
CilindruCalculul cilindrilor motoruluiSe alege varianta
construirii cu camasi umede.In timpul functionarii peretii
cilindrului sunt solicitati de forta de presiune a gazelor,forta
normala de sprijin a pistonului si dilatari.Pentru a raspunde
cerintelor impuse camasilor de cilindru (rezistenta sporita la
uzura,obtinerea unor suprafete cu rugozitate optima si cu o abatere
minima de la formacilindrica), aceasta se realizeaza din materiale
cu rezistenta sporita la uzura ( fontaaliata cu Cr, Ni, Mo, Cu, Ti)
carora li se aplica tratamente termice si termodinamice(acoperirea
cu strat de cupu poros cu grosime de 0,05 0,25 mm)Se va alege fonta
aliata cu crom avand duritatea =250HBRezistenta la incovoiere
minima=4300000N/m2Calculul grosimii
cilindrilord=0,06D+2mm=6.962mmse adopta7mmpg
=6.954021N/mm26954021N/m2D1=96.7mmTensiunea de intindere in
sectiunea transversala=89.7mm=22.2777029893N/mm2Tensiunea de
incovoiereN=3504.1Nh=79.3mm=41262.4819403826=6.7343290305N/mm2Tensiunea
totala29.0120320197N/mm229.0120320197< 59Calculul camasii de
cilindruCamasile umedeCea mai mare utilizare o au camasile care se
sprijina in partea superioarape un guler, iar partea inferioara se
etanseaza cu inele de cauciuc, plasatein canalele special realizate
in camasa.In timpul functionarii peretii cilindrului sunt
solicitati de:- forta de presiune a gazelor;- forta normala de
sprijin a pistonului;- dilatari.La proiectarea camasii umede,
grosimea peretilor se adopta din conditi de rigiditate:d= 0,065
0,075 Dd=0,06D+2mmAlegerea dimensiunilor constructiveDi reprezinta
diametrul mediu de racire si se calculeaza astfel incit saexiste
cel putin ( 3 5 ) mm.100.7mm104.7mm108.7mmLa partea superioara
camasa cilindrului se afla deasupra fetei plane a bloculuimotor
cu:1=(0,05 0,15) mmadoptam 0,1 mm2=(0,2 0,3) mmadoptam 0,25
mm0.25mmCamasile demontabile se prevad la partea superioara cu o
flansaPresiunea de strangere a prezoanelor
chiulaseiP=(38-48x105)N/m2=40*10^5N/m2Lungimea camasiiIn partea
superioara pistonul sa depaseasca nivelul primului segment de
compresiecand pistonul se afla la punctul mort superior P.M.SIn
partea inferioara pistonul sa depaseasca nivelul segment de ungere
cand pistonulse afla la punctul mort inferior P.M.I175.7mm82.7mmS -
cursa pistonuluiH - Inaltimea pistonului
_=_1+8=_=_1+4=_=_+4=_=_+_=l=+==(0,81,5) x D = 1 x D=
PistonCalculul pistonuluiPistonul este reperul mecanismului
motor, care ndeplinete urmtoarele funcii:- transmite bielei,prin
intermediul bolului, fora de presiune a gazelor;- transmite
cilindrului reaciunea normal, produs de biel;- etaneaz, mpreun cu
segmenii, camera de ardere;- evacueaz o parte din cldura degajat n
procesul de ardere;- contribuie la dirijarea gazelor n cilindru;-
are rolul de a asigura distribuia amestecului gazos, n cazul
motorului n doi timpi;- n cazul motorului cu aprindere prin
compresie, poate influena favorabil randamentul arderii prin
participarea sa la procesul de formare a amestecului;- conine,
parial sau integral, camera de ardere;- mpreun cu segmenii i
peretele cilindrului controleaz grosimea filmului de ulei i deci
consumul de ulei. Dimensiunile principale ale pistonuluiPrile
componente ale pistonului:camera de ardere (1);capul (2);bosajele
pentru bol (3);fusta (4);inseriile din oel sau font (5);bolul
(6);siguranele bolului (7);segmenii (8).Principalele repere
dimensionale ale acestui ansamblu sunt prezentate n figura:D-
diametrul cilindrului;Hk - distana de la axa bolului la partea
superioar a capului pistonului;L - lungimea bielei;R - raza
manivelei;S - cursa pistonului (S=2R);Hz - distana de la axa
arborelui cotit la suprafaa frontal a blocului cilindrilor;H -
nlimea pistonului;Hko -nlimea de compresie;Hs - nlimea fustei
pistonului;Hso - distana de la axa bolului la marginea inferioar a
canalului segmentului de ungere;Hsu - distana de la marginea
inferioar a fustei pistonului la axa bolului;DB - diametrul
exterior al bolului;A - distana dintre bosajele alezajelor pentru
bol;B - limea piciorului bielui;SB - distana de la fundul
pistonului la muchia superioar a canalului segmentului de foc;RG -
raza exterioar a contragreutii;AZ -distana dintre axele
cilindrilor.a) b)Fig.8.3. Elementele dimensionale ale capului
pistonului:piston pentru motor cu aprindere prin scnteie;piston
pentru motor cu aprindere prin compresieParametrii dimensionali ai
capului pistonului depind (fig.8.3.) de caracteristicile
constructiv-funcionale ale motorului, pe care urmeaz s-l
echipeze.HRB - distana de la generatoarea alezajului pentru bol la
marginea inferioar a canalului segmentului de ungere;HRF - nlimea
zonei "port-segmeni";HFS - nlimea de protecie a segmentului de
foc;HN - distana de la generatoarea alezajului pentru bol la fundul
pistonului;SB - grosimea capului pistonului;HM - nlimea camerei de
ardere din capul pistonului. Calculul pistonului la solicitrile
mecanice Calculul capului pistonuluiLungimea pistonului
H74.43mmLungimea mantalei L53.755mm0.053755Inalimea de compresie
l149.62mmInaltimea de protectie a segmetului de foc h8.27mmGrosimea
flancului hc3.308mm0.003308Grosimea capului
7.0295mm0.0070295Distanta dintre bosajele alezajului boltului
b24.81mmDiametrul capului
interior62.852mm0.062852m=88.8316622284Mpa6.926212s - efortul
unitaraf 90...200 MPaCalculul zonei port-segmeniValorile
eforturilor unitare se calculeaz astfel:- la
ncovoiere:=38186.6822250556R=41.35mm0.04135r=39mm0.039=52714302.259895Nm=1380.436822168-
la forfecare:=52867.12Efortul unitar echivalent
este:4253155080.45178=65216.2179250819=43462631.250.000859014828.5905mmd=78mm=14.945mmHK/D=0.4HK=33.08mmDB/D=0.25DB=20.675mmA/D0.3A=24.81mmHKO/D0.27HKO=22.329mmHS/D0.49HS=40.523mmH/D0.72H=59.544mmHFS/D0.09HFS=7.443mmSB/D0.085SB=7.0295mm5922.6400636154=76.9586906309mm6049.9053412688=77.7811374388mmCalculul
mantalei pistonului=-316279.042905946se ia in
modul2986.8035627036N13958.990890.013958990924.81mm11mm76.6140848822mmadoptam76mm77.0809604428mmadoptam77mmGrosimea
pereilor bosajelor pentru bol se determin rezolvnd urmtoarele
ecuaii:- la interiorul pistonului:=3.633732144mmse adopta 3,5 mm-
la suprafaa din exterior:=5.018011056mmse adopta 5 mmCalculul
jocurilor segmentului in canal=1.3150951059mmK= 0,08 - constantsa =
5,56,5 [daN/mm2]Calculul profilului pistonului:- temperatura
cilindrului :150350 oCTc =300oC573.15K-temperatura capului
pistonului : 200.. 300 oCTp =275oC548.15K- temperatura mediului
ambiant (motor rece):To =288K- coeficient de dilatare termica al
materialului:- Camasii (fonta): c = (1012) 10-6 1/Kc =10.710-6 1/K-
Pistonului (Aluminiu): p = (20,521,5) 10-6 1/Kp =2010-6 1/KPentru
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
=0.002mm'i = 0,0010,002 n zona inferioar a mantalei'i
=0.001mmJocurile diametrale in stare calda in zona superioara si
inferioara0.17mm0.08mmDiametrul pistonului la cald la partea
superioara:Dp = D - 's =82.53mmDiametrul exterior al pistonului in
stare rece la partea superioara si partea
inferioara82.36mm82.44mmJocurile diametrale n stare rece n zona
superioar i inferioar0.34mm0.26mm
0,9=0,65=0,60=0,1=0,04=0,085=0,30=0,76=_=N/^2^3N/^2N/^2_(=)
2__=^2N/^2N/^2=_111=^=(+)()_=2_/2=_=(0,08..0,12)_(^2)/4=^2^23,110^5
/^2_1=
BoltulPROIECTAREA BOLTULUIProiectarea 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
pistonBoltul este confectionat din otel aliat 41MoCrNi13Calculul
boltuluiDimensionareaDimensiunile boltului se adopta din date
statistice si se efectueaza calcule de verificarerezistentei la
uzura, a solicitarilor mecanice si deformatiilor precum si
precizareaprin calcul a jocurilor de montajDiametrul exterior de
[mm]de= (0,240,28)D =0,27D =21.00mmDiametrul interior di [mm]di =
(0,650,75)de= 0,72de =15mmLungimea bolului l [mm]l = (0,880,93)D =
0,91D =75mmLungimea de contact cu piciorul bielei lb[mm]lb =
(0,260,30)D = 0,30D =23mmVerificarea la uzuraRezistenta la uzura
poate fi apreciata dupa marimea valorilor presiunilorspecifice n
piciorul bielei (pb) i n umerii pistonului (pp).Schema de calcul
este aratata n fig:Schema de calcul a boltuluiConventional se
considera c forta care solicita boltul
este:23596.552877119N37353.9814104523N-13757.4285333333Nmp=0.65kgmb=0.54kgm1b=0.2338kgm2b=0.6163kgmcb=0.35kgR=0.042m=628rad/sec=1/3.6=0.278Presiunea
n locasurile din piston:23.3628729703Mpa< Ppa
=15.35Mpalp=24.0505mmPresiunea n piciorul
bielei48.5307286555MpaVerificarea la ncovoiereTensiunea maxima
determinata de momentul incovoietor la mijlocul
boltului0.72Momentul maxim
incovoietor:Mi=178616.073382758NMimax=282754.075118203NTensiunea
maxima de incovoiere=268.7468229281< i = 500 N/mm2modulul de
rezistenta al sectiunii transversale a
boltului:=664.625804453mm2Pentru parametrii care intra n relatiile
de calcul ale coeficientuluide siguranta se pot folosi urmatoarele
valori:- rezistenta la oboseala pentru ciclul simetric de
incovoiere-1 = 340380 N/mm2 pentru otel aliat-1 =380N/mm2-
rezistenta la oboseala pentru ciclul pulsator de
incovoiere608N/mm2- coeficientul tensiunilor0.25- coeficientul
efectiv de concentrare la solicitri variabile: kk =1- factorul
dimensional: = 0,8...0,9 =0.9- coeficientul de calitate al
suprafeeibol cementat cu suprafaa lustruit: = 1,52,5 =2.5Pentru
boltul fix n biela, ciclul este asimetric, iar coeficientul
desiguranta se calculeaza cu ecuatia:2.0052770449Verificarea la
forfecareVerificarea la forfecare se realizeaza in sectiunile
dintre partilefrontale ale bosajelor si piciorul bielei.Tensiunea
unitara la forfecare se determina cu
relatia139.2502847718N/mm2Valoarea admisibila a efortului unitar
este de (150220)N/mm2 pentru otel aliata =180N/mm2Calculul la
ovalizareValorile eforturilor unitare de ovalizare in sectiunile
caracteristice se obtin din conditiile = 0 i =
90grade253.8530421979N/mm21 =17162.7645976445N/mm22
=10.9111.993989205N/mm23 =7.5183.6701422961N/mm24 =12.3Repartitia
sarciniiValorile marimilor: K, 1, 2, 3, 4,Deformatia maxima de
ovalizare0.029984722mmunde:- E =220000- K=1.00848Se recomanda ca
deformatia de ovalizare sa fie mai mica decat jocul radial la cald'
= (0,00050,002)deb =0.04199506mmCalculul jocului la montajJocul de
montaj dintre bolt si locasul sau din piston-0.0004184525unde:-
coeficientul de dilatare al materialului boltuluiol =1210-6 1/K-
coeficientul de dilatare al materialului pistonuluial =2010-6 1/K-
tb temperatura boltului, Ktb =423K- tp temperatura pistonului, Ktp
=472K- t0 tempratura mediului ambiant, Kt0 =293KDeoarece tp > tb
i AL >ol este posibil apariia de jocuri negativeIn cazul in care
boltul este fix n piciorul bielei functionarea la pornire este
posibilanumai dac boltul se monteaza cu joc in locasurile din
piston, joc care in timpulfunctionarii se poate mari.
BielaCalculul bieleiBiela este elementul component al
mecanismului motor, care transmite,prin intermediul boltului, forta
de presiune a gazelor de la piston la arborelecotit. Ea este
compusa din trei parti: piciorul bielei, corpul bielei si capul
bielei.Datorita actiunii fortei de presiune a gazelor, biela este
supusa lacomprimare si flambaj. La comprimare pot aparea deformatii
remanente,care scurteaza biela. Flambajul corpului bielei determina
o perturbare aparalelismului axelor alezajelor bielei si o
intensificare a uzurii lagarelor.Conditiile de solicitare la care
este supusa biela in functionarea motoruluiimpun gasirea acelor
solutii constructive ale bielei care sa asigure o rezistentasi o
rigiditate maxima in conditiile unei mase cat mai mici.Calculul
piciorului bieleiLa proiectarea piciorului bielei trebuie sa se
tina seama de dimensiunileboltului si de tipul imbinarii
piston-bolt-bielaDimensiunile piciorului bieleiSe alege ca solutie
constructiva bolt fix in biela si liber in piston.- Diametrul
exterior al piciorului bielei de,de = (1,251,65) d =33.596048mmse
adopta : de =36mm- Diametrul interior al piciorului bielei di,di =
d + 2 hb =25mm- Grosimea radiala a piciorului bielei hp,hp =
(0,160,27) d =4.199506mmse adopta : hp =5mm- Grosimea radiala a
bucsei hb,hb = (0,0750,085) d =1.78479005mmse adopta : hb =2mm-
Lungimea de contact a boltului cu piciorul bielei a,a
=23mmSolicitarea de intindereForta de intindere are valoarea maxima
cand forta datorata presiuniigazelor este minima, deci cand
pistonul se afla la PMS la inceputul curseide admisie. In aceste
conditii forta de intindere se determina cu
urmatoarearelatie:7238.8065168434N mp - masa pistonuluimp =0.35kg r
- raza arborelui cotitr =0.041m - viteza unghiulara a arborelui
cotit =628.318530718rad/sec =0.2777777778Schema de calcul a
piciorului bielei la intindereTensiunile unitare produse de forta
de intindere se determina in urmatoarele ipoteze:- piciorul bielei
reprezinta o grind curba incastrata in zona de racordare
apiciorului cu corpul bielei- forta de intindere este distribuita
uniform pe jumatatea superioara a picioruluiIn cazul in care
unghiul de incastrare i >90o, momentul incovoietor si forta
normalain sectiunea de incastrare au urmatoarele
expresii:6770.7204320913N3475.667100701N Mo - momentul incovoietor
in sectiunea B-B determinat de forta de
intindere-3214.9251461617Nmm No - forta normala n sectiunea B-B
determinata de forta de intindere4130.4900470237N i se introduce n
radianise adopta i =100oi =1.745329252rad rm - raza medie15.249mmIn
sectiunea de incastrare momentul incovoietor si forta normala
solicita atat piciorulbielei cat si bucsa sau boltul presat, in
aceste conditii se utilizeaza un coeficient deproportionalitate
care are expresia:0.7777777778unde: Ab - aria seciunii
bucseiAp=2*hb*aAb =92.624mm2 Ap- aria seciunii
picioruluiAb=2*hp*aAp =231.56mm2 EBZ- modulul de elasticitate al
materialului bucsei sau boltului presatEBZ =1.5105 N/mm2 EOL- modul
de elasticitate al materialului bieleiEOL =2.1105 N/mm2Tensiunile n
sectiunea de incastrare A-A pentru fibra interioara (i ),
respectivexterioar (e) produse de forta de intindere se calculeaza
cu relatiile:-56.0001133018N/mm286.9341555912N/mm2Solicitarea de
compresiuneSchema de calcul a piciorului bielei la compresiuneForta
de compresiune are valoarea maxima cand presiunea din cilindru
arevaloarea maxima30115.1748936089NCalculul tensiunilor produse in
piciorul bielei de solicitarea de compresiunese efectueaza n
urmatoarele ipoteze:- Piciorul bielei se considera o grinda curba
incastrata in zona de racordarecu corpul bielei- Forta de
compresiune este distribuita sinusoidal pe jumatateainferioara a
piciorului.Momentul incovoietor si forta normala in sectiunea de
incastrare A-A, determinate de forta de compresiune pot fi
calculate cu relatiile:-579.0999862151N53.0458450545Nunde: c se
msoar n radianic =105oc =1.8325957146rad Mo' - momentul incovoietor
in sectiunea B - BMo' / Fc rm 103 =0.1N/mm2Mo' =0.1974845532N/mm2
No' - forta normala in sectiunea B - BNo' / Fc 103 =0.5No'
=15.0575874468NValorile tensiunilor in sectiunea de incastrare
determinate de forta decompresiune se calculeaza cu urmatoarele
expresii:- pentru fibra interioara7.1430426339N/mm2-pentru fibra
exterioara-5.082131035N/mm2Solicitarea datorata presarii bucseiIn
timpul functionarii motorului la strangerea de montaj (m) se adauga
o solicitaresuplimentara de compresiune (t ) datorata dilatarii
bucsei de bronz. strangerea de montajse adopta m =0.007mm Dilatarea
termica a bucsei se determina cu urmatoarea
relatie0.019998024mmunde: 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 =273KPresiunea datorata strangerii
poate fi obtinut cu expresia:33.6046795025N/mm2unde: -coeficientul
lui Poisson =0.3Valorile tensiunilor produse de presiunea pf sunt:-
in fibra interioara96.1826548143N/mm2- in fibra
exterioara62.5779753118N/mm2Coeficientul de siguranta al piciorului
bielei se calculeaza in ipoteza uneiolicitari de oboseala dup un
ciclu simetric de intindere - compresiune, pentru fibra exterioara
n sectiunea de incastrareValorile maxime i minime ale tensiunilor
ciclului sunt:149.512130903N/mm267.6601063468N/mm2Amplitudinea a i
tensiunea medie m a
ciclului:40.9260122781N/mm2108.5861186249N/mm2In aceste conditii
expresia coeficientului de siguranta poate fi scrisasub forma
urmatoare:3.6706095942unde: rezistenta la oboseala pentru ciclul
simetric de intindere - compresiune-1t= 340400 =340N/mm2 coeficient
de concentrare kk =1 factorul dimensional = (0,80,9) =0.8
coeficientul ce depinde de caracteristicile materialului = 0,120,20
=0.18 coeficientul de calitate al suprafetei = 0,700,80
=0.7Valorile coeficientului de siguranta calculate trebuie sa fie
cuprinse n intervalul 25Deformaia produs piciorului bielei sub
aciunea forei de inerie se determin cu relaia0.004560943mmunde: I -
momentul de inerie al suprafeei seciunii piciorului
bielei48.2416666667mm3Calculul corpului bieleiDimensiunile
caracteristice mai raspandite pentru profilul n dublu Tal corpului
bielei sunt determinate pe baza prelucrarilor statisticeale
constructiilor existente.Dimensiunile corpului bielei :- Hp =
(0,0481,0) de = 0,7deHp =18mm- Hc = (1,101,35) Hp = 1,20 HpHc
=24mm- h = 0,666 Hph =12mm- H=h+2aH =18.00mm- B = 0,75 HpB =14mm- a
= 0,167 Hpa =3mm- l - lungimea bileleise adopta l =144mm- l1 -
lungimea incastarta a bieleise adopta l1 =108mml1=Corpul 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
inertieCalculul se realizeaza in sectiunea minima atunci forta care
solicita corpulbielei la intindere este:18705.8697504NTensiunile la
intindere sunt:159.609218948N/mm2unde:A - aria sectiunii de calcul
a corpului bielei117.197928mm2Corpul bielei este supus la
compresiune de catre forta determinata cu
relatia:18648.1116600523NTensiunea de compresiune este data de
relatia:159.1163937647N/mm2Tensiunile de flambaj sunt:- in planul
de oscilatie:211.624803707N/mm2-unde:e - limita de elasticitateIx -
moment de inertie in planul de oscilatiel - lungimea barei cu
capete articulateC =0.0003- in planul de
incastrare211.4895547723N/mm2unde:e - limita de elasticitateIy -
moment de inertie in planul de incastrarel1 - lungimea barei cu
capete incastrateInsumarea tensiunilor de compresiune si de flambaj
poate fi realizatadupa urmatoarele relatii:- in planul de
oscilatie:370.7411974717N/mm2- in planul de
incastrare370.605948537N/mm2unde:0.1352489347Corpul bielei este
supus la solicitari variabile, de intindere si compresiunedupa un
ciclu simetric. Coeficientul de sigurant se determina cu
relatia:4.0010286775unde:- max tensiunea maxima:max = to
=370.7411974717N/mm2- min tensiunea minima:min = c
=159.1163937647N/mm2- a amplitudinea ciclului105.8124018535N/mm2- m
tensiunea medie264.9287956182N/mm2Calculul capului
bieleiDimensiunile caracteristice ale capului bielei se deduc din
dimensiunilefusului manetonCapul bielei se racordeaza cu raze mari
la corpul bielei ceea ce faceneinsemnata solicitarea de compresiune
a acestuiaSolicitarea de intindere se transmite numai capacului si
este determinata deforta de inertie a pieselor aflate in miscare de
translatie i de forta centrifugaa masei bielei care efectueaza
miscarea de rotatie mai putin masa capacului
bielei.-23116.8970368NCalculul 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
cudistanta dintre axele suruburilor- Fora de ntindere este
distribuit pe jumtatea inferioar a capaculuidup o lege sinusoidal-
Cuzinetul se deformeaz impreuna cu capacul si preia o parte din
tensiuniproportionala cu momentul de inertie al sectiunii
transversaleTensiunea n fibra interioara n sectiunea de calcul este
data de relatia:123N/mm2unde: Icp- momentul de inertie ale
capaculuiIcp = Icuz - momentul de inertie ale cuzinetuluiIcuz = Acp
- aria sectiunii capaculuiAcp= Acuz - aria sectiunii
cuzinetuluiAcuz = Wcp- modulul de rezistenta la incovoiere al
sectiunii capaculuiWcp =a - Rezistenta admisibil este de 100150
N/mm2Calculul suruburilor de bielaPentru prinderea capacului se
utilizeaza doua sau patru suruburi,din partea capacului spre capul
bieleiUtilizarea unor suruburi fara piulite face posibila
micsorarea dimensiunilorcapului de biela. In cazul adoptarii
acestei, solutii pentru surub,se fileteaza gaura din partea
superioara a capului bieleiCapul si corpul suruburilor de biela pot
avea diverse forme constructivein functie de solutia adoptata
pentru capul bieleiMaterialele care raspund cerintelor impuse
bielei sunt: otelurile deimbunatatire cu continut mediu de carbon
(0,35...0,45%) marcile OLC 45 X,OLC 50 si otelurile aliate marcile
40C 10, 41 MoC 11Suruburile de biela se executa de regula din
aceleasi materiale ca si bielaSuruburile de biela sunt solicitate
de forta de strangere initiala Fsp si deforta de inertie a maselor
in miscare de translatie si a maselor in miscarede rotatie care se
afla deasupra planului de separare dintre corp i capac.- Forta de
inertie care solicita un surub2550.44Nunde :z - numarul de suruburi
de pe o bielaz =2- Forta de strangere initiala a surubului5100.88N-
In timpul functionarii, asupra surubului de biela actioneaz
forta:5738.49Nunde :- este constanta care tine seama de
elasticitateasistemului = 0,150,25 =0.25Tinand seama de fortele
care solicita suruburile de biela, acestease dimensioneaz tinand
seama de solicitarea la intindere si se verific la obosealaSchema
de calcul a capului bielei- Diametrul fundului
filetului5.4481688763mmunde:- cc - coeficient de siguranta, cc=
1,253,00cc =3- c1 - factor care tine seama de solicitarile
suplimentare detorsiune care apar la strangerea piulieic1 =1.3- c2
- factor care tine seama de curgerea materialului nzona filetatac2
=1.2c - limita de curgere a materialului surubuluic =800N/mm2-
Diametrul partii nefiletate5.8243375201mmVerificarea la oboseal-
Tensiunile maxime246.1538461538N/mm2215.3846153846N/mm2- Tensiunile
minime218.8034188034N/mm2191.452991453N/mm2unde:- As - aria
sectiunii surubului in partea filetata23.312615625mm2- As' - aria
sectiunii surubului in partea
nefiletata26.6429892857mm213.6752136752N/mm2232.4786324786N/mm2-
Coeficientul de siguranta:2.8467153285unde:- -1= 300700
N/mm2-1=400N/mm2- k= 4,05,5 pentru oel aliatk =5.5- = 0,81,0=0.8- =
1,01,5 =1- =0.2Valorile coeficientului de siguranta calculat
trebuie s se intervalul 2,5...4,0
Arborele cotitProiectarea arborelui cotitLa proiectarea
arborelui cotit se vor alege acele soluii care s asigure o
rigiditate maxim.Pentru atingerea acestui deziderat la cele mai
multe construcii fusurile palierese amplaseaz dup fiecare cot,
diametrele acestora se mresc, iar lungimileacestora se micoreaz, de
asemenea aceste msuri fac posibil mrirea dimensiunilor
braelor.Condiiile tehnice impuse la proiectarea arborelui cotit
trebuie s fie foarte severe,dat fiind importana lui n funcionarea
mecanismului motorCalculul arborelui cotitAvnd n vedere condiiile
de funcionare, prin calcul, arborele cotit se verific la
presiunespecific i nclzire, la oboseal i la vibraii de
torsiune.Calculul arborelui cotit are un caracter de verificare,
dimensiunile lui adoptndu-se prinprelucrarea statistic a
dimensiunilor arborilor cotii existeni.Concomitent cu dimensionarea
arborelui cotit se adopt i configuraia contragreutilor.Dimensiunea
caracteristicLungimea cotului l(0,901,20)Dl90.97mmDiametrul fusului
palier dp(0,600,80)D57.89mmLungimea fusului palier lp-paliere
intermediare(0,30,5)dp17.367mm-paliere extreme sau
medii(0,50,7)dp35.3129mmDiametrul fusului maneton
dm(0,550,70)D56.0000569mmLungimea fusului maneton
lm(0,450,60)dm28.560029019mmDiametrul interior
dmi(0,600,80)dm39.20003983mmGrosimea braului
h(0,150,36)dm19.600019915mmLimea braului
b(1,171,90)dm95.20009673mmRaza de
racordare(0,060,1)dm4.480004552mmVerificarea fusurilor la presiune
si incalzirePentru a se preveni expulzarea peliculei dintre fusuri
si cuzineti trebuies le limiteze presiunea maxima pe
fusuriPresiunea specifica conventionala maxima pe fusurile
manetoane si palierese calculeaza cu
relatiile:33.1381879606Mpa38.7914714026Mpaunde:- Rmmax - fotra
maxima care incarca fusul manetonRmmax =53000N- Rpmax - fotra
maxima care incarca fusul palierRpmax =39000Nppmax.a = 7.15 Mpa =
15MPappmax= 14,62 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 =27.9188mm
se adopta : de =33mm
Diametrul interior al piciorului bielei di,
di = d + 2 hb =25mm
Grosimea radiala a piciorului bielei hp,
hp = (0,160,20) d =3.65092mm
se adopta : hp =4mm
Grosimea radiala a bucsei hb,
hb = (0,0800,085) d =1.71808mm
se adopta : hb =2mm
Lungimea de contact a boltului cu piciorul bielei a,
a =27mm
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:
12495.5907679001N
unde:
mp - masa pistonului
mp =0.68kg
r - raza arborelui cotit
r =0.036429m
- viteza unghiulara a arborelui cotit
=628.31rad/sec
=0.27777
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:
37142.0580955304Nmm
4222.3633930422N
unde:
Mo - momentul incovoietor in sectiunea B-B determinat de forta
de intindere
-5288.6135760593Nmm
No - forta normala n sectiunea B-B determinata de forta de
intindere
7124.7966423472N
i se introduce n radiani
se adopta i =130o
i =2.2689280276rad
rm - raza medie
14.619mm
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*a
Ab =108mm2
Ap- aria seciunii picioruluiAb=2*hp*a
Ap =216mm2
EBZ- modulul de elasticitate al materialului bucsei sau boltului
presat
EBZ =1.5105 N/mm2
EOL- modul de elasticitate al materialului bielei
EOL =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:
-541.5607410821N/mm2
503.2821443313N/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
23272.9519138879N
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:
-1105.4371588527Nmm
96.5893498868N
unde: c se msoar n radiani
c =110o
c =1.9198621772rad
Mo' - momentul incovoietor in sectiunea B - B
Mo' / Fc rm 103 =0.25N/mm2
Mo' =0.3979915164N/mm2
No' - forta normala in sectiunea B - B
No' / Fc 103 =0.9
No' =20.9456567225N
Valorile tensiunilor in sectiunea de incastrare determinate de
forta de compresiune se calculeaza cu urmatoarele expresii:
pentru fibra interioara
17.6345264848N/mm2
pentru fibra exterioara
-13.4625157881N/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 montaj
se adopta m =0.007mm
Dilatarea termica a bucsei se determina cu urmatoarea
relatie
0.0203808mm
unde: di- diametrul interior al piciorului bielei
coeficientul de dilatare al bucsei
BZ =1810-6 1/K
coeficientul de dilatare al materialului bielei
OL =1010-6 1/K
temperatura piciorului bielei t = 373423 K
t =373K
temperatura mediului ambiant tm = 273 K
tm =273K
Presiunea datorata strangerii poate fi obtinut cu expresia:
24.1115452627N/mm2
unde: -coeficientul lui Poisson
=0.3
Valorile tensiunilor produse de presiunea pf sunt:
in fibra interioara
95.2478130929N/mm2
in fibra exterioara
71.1362678302N/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:
574.4184121615N/mm2
84.5987836183N/mm2
Amplitudinea a i tensiunea medie m a ciclului:
244.9098142716N/mm2
329.5085978899N/mm2
In aceste conditii expresia coeficientului de siguranta poate fi
scrisa sub forma urmatoare:
0.82399919
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
0.0165248671mm
unde: I - momentul de inerie al suprafeei seciunii piciorului
bielei
36mm3
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 = 0,7de
Hp =23mm
Hc = (1,101,35) Hp = 1,20 Hp
Hc =28mm
hi = 0,666 Hp
hi =15mm
H =l(de+dm)2
H =119.96mm
B = 0,75 Hp
B =17mm
a = 0,167 HpDimensiunile corpului bielei
a =4mm
l - lungimea bilelei
se adopta l = 156mm
l1 - lungimea incastarta a bieleil1=
se adopta l1 =120mm
Corpul 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:
23022.411571955N
Tensiunile la intindere sunt:
119.2756880013N/mm2
unde: A - aria sectiunii de calcul a corpului bielei
193.01847642mm2
Corpul bielei este supus la compresiune de catre forta
determinata cu relatia:
12746.131109833N
Tensiunea de compresiune este data de relatia:
66.0358083135N/mm2
Tensiunile de flambaj sunt:
in planul de oscilatie:
73.9601053111N/mm2
unde:e - limita de elasticitate
Ix - moment de inertie in planul de oscilatie
l - lungimea barei cu capete articulate
C =0.0003
in planul de incastrare
73.9601053111N/mm2
unde:e - limita de elasticitate
Iy - moment de inertie in planul de incastrare
l1 - lungimea barei cu capete incastrate
Insumarea tensiunilor de compresiune si de flambaj poate fi
realizata dupa urmatoarele relatii:
in planul de oscilatie:
139.9959136246N/mm2
in planul de incastrare
139.9959136246N/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 =139.9959136246N/mm2
min tensiunea minima:
min = c =66.0358083135N/mm2
a amplitudinea ciclului
36.9800526556N/mm2
m tensiunea medie
103.015860969N/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.
17929.833988265N
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
capacului
Wcp =
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 bielei
spre 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
bielei
superioara a capului bielei
Capul si corpul suruburilor de biela pot avea diverse forme
constructive in functie de solutia adoptata pentru capul bielei
solutia 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 11
marcile 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
8964.9169941325N
11511.2057859775N
unde : z - numarul de suruburi de pe o biela
z =2
Forta de strangere initiala a surubului
22412.2924853313N
In timpul functionarii, asupra surubului de biela actioneaz
forta:
24205.2758841578N
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
9.1361061159mm
unde: cc - coeficient de siguranta, cc= 1,253,00
cc =2.5
c1 - factor care tine seama de solicitarile suplimentare de
torsiune care apar la strangerea piuliei
c1 =1.3
c2 - factor care tine seama de curgerea materialului n zona
filetata
c2 =1.2
c - limita de curgere a materialului surubului
c =1000N/mm2
Diametrul partii nefiletate
8.7776868318mm
Verificarea la oboseal
Tensiunile maxime
369.2307692308N/mm2
400N/mm2
Tensiunile minime
341.8803418803N/mm2
370.3703703704N/mm2
unde: As - aria sectiunii surubului in partea filetata
65.5559555196mm2
As' - aria sectiunii surubului in partea nefiletata
60.5131897104mm2
13.6752136752N/mm2
355.5555555556N/mm2
Coeficientul de siguranta:
2.8985026327
unde: -1= 300700 N/mm2
-1= 450N/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 cotit
Arborele cotit
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)D
l =99mm
Diametrul fusului palier dp = (0,600,80) D
dp =50mm
lungimea fusului palier lp
paliere intermediare : lpi = (0,3 0,5) dp
lpi =18mm
paliere externe sau medii lpe = (0,50,7) dp
lpe =30mm
Diametrul fusului maneton dm = (0,550,70) D
dm =45mm
Lungimea fusului maneton: lm = (0,450,6) dm
lm =27mm
diametrul interior dmi = (0,60,80) dm
dmi =32mm
Grosimea bratului: h = (0,150,36) dm
h =16mm
Latimea bratului b = (1,171,90) dm
b =68mm
Raza de racordare: (0,060,1) dm
R rac =3mm
Verificarea fusurilor la presiune si incalzire
s le limiteze presiunea maxima pe fusuri
Presiunea specifica conventionala maxima pe fusurile manetoane
si paliere se calculeaza cu relatiile:
32.3015429139MPa
33.9278358731MPa
unde: Rmmax - fotra maxima care incarca fusul maneton
Rmmax =40000N
Rpmax - fotra maxima care incarca fusul palier
Rpmax =30000N
ppmax.a = 7.15 Mpa = 15MPa
ppmax= 14,62