CALCULUL DINAMIC

CALCULUL DINAMIC

Asupra mecanismului biela manivela, actioneaza fortele date de presiunea gazelor din cilindru si fortele de inertie ale maselor aflate in miscare. Fortele de frecare vor fi considerate neglijabile. Fortele de inertie sunt constituite din fortele de inertie ale maselor aflate in miscare alternativa de translatie (indice j) si forte de inertie ale maselor aflate in miscare de rotatie (indice r).

Pentru calculul organelor mecanismului biela-manivela, al sarcinilor in lagare, pentru cercetarea oscilatiilor de torsiune, etc., trebuie determinate valorile maxime, minime si medii ale acestor forte. De aceea marimile fortelor se vor determina pentru o serie de pozitii succesive ale mecanismului, functie de unghiul de rotatie al arborelui cotit.

3.1. Masele pieselor in miscare, ale mecanismului biela-manivela

Se adopta urmatoarele mase:

- masa pistonului m _p = 0,653 kg;

- masa bielei m _b = 0,804 kg;

3.1.1. Reducerea bielei la doua puncte

In figura 3.1. este prezentata reducerea bielei la doua puncte

Fig. 3.1.

3.1.2. Masa pieselor in miscare de translatie

Masa pieselor in miscare de translatie m_a se determina astfel:

, unde m^'_p - masa pistonului asamblat

m₁ - masa bielei aferenta miscarii

, m^'_p = 0,653 kg

Rezulta: m _a =0,894 kg

3.1.3. Masa neechilibrata a pieselor in miscare de rotatie

Se calculeaza urmatoarele mase:

m_c - masa neechilibrata a unui cot;

m_m - masa fusului maneton;

m_m = 0,75 kg;

m_r = 1,316 kg;

3.2.1. Forta de presiune a gazelor

Forta de presiune a gazelor P_g se determina cu relatia:

, unde: F - aria suprafetei capului pistonului

p_g - presiunea de lucru sau suprapresiunea

m²;

, unde p - presiunea gazelor in cilindru dupa diagrama indicata;

Se ridica graficul .

3.2.2. Fortele de inertie a maselor aflate in miscare de translatie

Aceste forte sunt produse de masele pistonului asamblat (piston, segment, bolt de biela si sigurantele acestora) si o parte din masa bielei si sunt considerate concentrate in axa boltului.

Determinarea fortelor de inertie ale maselor aflate in miscare de translatie se face cu relatia:

, unde m _a - masa elementelor in miscare oscilatorie

a _p - acceleratia pistonului

Se reprezinta grafic .

3.2.3. Fortele de inertie ale maselor aflate in miscare de rotatie

Aceste forte sunt produse de o parte din masa bielei si masa neechilibrata a unui cot al arborelui cotit (masa manetonului si masele reduse ale celor doua brate).

Determinarea fortelor de inertie ale maselor aflate in miscare de rotatie se face cu relatia:

, unde m _r - masa in miscarea de rotatie

r - raza manivelei

w - viteza unghiulara a arborelui cotit

3.2.4. Fortele rezultante in miscarea mecanismului motor

Prin insumarea algebrica a fortelor de presiune a gazelor si a fortelor de inertie determinate pentru diferite pozitii ale manivelei, se obtin valorile fortei totale care actioneaza in lungul axei cilindrului:

, relatie pe baza careia se ridica graficul

Forta P transmisa axului pistonului, se descompune in doua componente, una normala pe axa cilindrului N si una in lungul bielei S.

;

;

Se reprezinta grafic N, S ca functie de a

Deplasand forta S pana in punctul B si notandu-se cu S^', aceasta se descompune in:

- componenta Z dirijata dupa directia cotului;

- componenta T normala la axa manivelei.

Aceste componente se calculeaza cu relatiile urmatoare:

Fortele care actioneaza asupra mecanismului motor sunt prezentate   

in figura 3.2.

Fig. 3.2.

3.3. Momentul total al motorului policilindric

Momentul motor total se obtine prin insumarea momentelor obtinute pentru fiecare cilindru al motorului tinand cont de ordinea de functionare a acestora si de configuratia arborelui cotit. De asemenea, se poate obtine suma momentelor ce actioneaza asupra fiecarui fus palier al arborelui cotit.

Se stabileste variatia momentului motor total functie de unghiul a de rotatie a arborelui cotit, precum si valoarea momentului mediu. Cu valoarea momentului mediu se calculeaza puterea dezvoltata de motor care se compara cu puterea obtinuta la calculul termic.

Ca pozitie de pornire (a = 0) se considera pozitia corespunzatoare PMS a primului cilindru, aflat la admisie.

3.3.1 Alegerea ordinii de lucru

Pentru realizarea unei succesiuni optime de functionare a cilindrilor motorului si o echilibrare naturala cat mai completa a fortelor de inertie si momentelor acestora, trebuie stabilita o anumita pozitie a manivelelor arborelui cotit.

Succesiunea optima de functionare a cilindrilor se stabileste din conditia distributiei uniforme a exploziilor succesive dintre doi cilindri vecini, pentru a nu rezulta sarcini medii prea mari pe fusurile paliere dintre acestia. Trebuie sa se aiba in vedere si circulatia incarcaturii proaspete in conducta de admisie, adica asigurarea unui numar minim de schimbari de directie a curentului in conducta de admisie si evitarea interceptarii incarcaturii destinate unui cilindru de catre un cilindru vecin cu canal de admisie mai scurt. Aceasta interceptare provoaca o crestere a neuniformitatii umplerii cilindrilor.

Pentru motorul dat prin tema de proiect, avand in vedere numarul de cilindri (6 in linie), se adopta urmatoarea ordine de lucru pentru cilindri:

3.3.2. Calculul momentului total al motorului

In timpul unui ciclu, cilindrii motorului parcurg in mod diferit fazele ciclului motor, in functie de ordinea de lucru aleasa si de geometria arborelui cotit. Momentul motor policilindric este alcatuit din doua componente:

- o componenta data de forta tangentiala care actioneaza asupra cotului corespunzator cilindrului dat si care depinde numai de unghiul de rotatie al arborelui cotit;

- o componenta data de momentul total al fortelor care actioneaza in cilindrii anteriori cotului respectiv si depinde de numarul de cilindri si de ordinea lor de lucru.

Unghiul de decalaj dintre coturi este ;

Perioada momentului , unde t = 4 - numarul de timpi

i = 6 - numarul de cilindri

Se obtine n = 120 ⁰RAC

In figura 4.3. este prezentata schema de lucru a cilindrilor.

0 ⁰ 180 ⁰ 360 ⁰ 540 ⁰ 720 ⁰

Fig. 4.3.

Momentele monocilindrice pentru fiecare cilindru sunt:

M ₁ = M _monocil (a

M ₂ = M _monocil (a

M ₃ = M _monocil (a

M ₄ = M _monocil (a

M ₅ = M _monocil (a

M ₆ = M _monocil (a

Momentul policilindric total se calculeaza cu relatia:

;

Momentul policilindric mediu se calculeaza cu relatia:

;

Puterea indicata care se calculeaza pe baza momentului policilindric este:

;

Aceasta putere trebuie sa fie aproximativ egala cu puterea indicata obtinuta din calculul termic.

Eroarea:

3.4. Fortele care actioneaza asupra arborelui cotit

Determinarea fortelor care actioneaza asupra fusurilor arborelui cotit este necesara pentru dimensionarea corecta a fusurilor si lagarelor, in scopul evitarii incalzirii lagarelor si de a se asigura pelicula necesara ungerii acestora.

Se determina sarcina totala care actioneaza asupra fusurilor si lagarelor arborelui cotit, luandu-se in considerare toate fortele care le solicita, respectiv forta de presiune a gazelor si fortele de inertie.

Fortele care actioneaza asupra fusului maneton

Asupra fusului maneton actioneaza forta tangentiala, forta radiala si forta centrifuga de inertie ;

Forta ce actioneaza in fusul maneton ,

, de unde rezulta ca ; R_M = R_M(a

Polara fusului maneton: Z₁= f(T₁);

;

;

Fortele care actioneaza asupra fusului palier

Asupra fusului palier actioneaza acelasi tip de forte ca si asupra fusului maneton. Forta care actioneaza asupra fusului palier are un numar de lagare mai mare cu unu decat numarul de manetoane.

Aceste forte se calculeaza cu aceleasi formule ca si la fusurile manetoane.

Polara fusului palier va fi: Z₁₁= f(T₁₁).