Construcția și calculul motoarelor cu ardere interna

1.Calculul cinematic și dinamic al mecanismului bielă-manivelă

1.1. Construcția mecanismului bielă-manivelă

La M.A.I. cu pistoane, care echipează autovehicule rutiere, mecanismul bielă-manivelă este format din grupul piston(care execută o mișcare de translație, rectilinie, alternativă, în lungul axei cilindrului), biela și arborele cotit(manivela fiind repezentată de un cot la arborelui cotit).

Figura 1.1 Mecanismul biela-manivela

1.2. Calculul cinematic al mecanismului bielă-manivelă normal axat

Calculul se face în ipoteza că turația motorului este constantă, egală cu cea de putere maximă, deci viteza unghiulară a arborelui cotit este constantă. Viteza unghiulară a arborelui cotit este:

[rad/s] (1.1)

ω=(π*4500)/30=523.59[rad/s]

unde: - n [rot/min] - turația de putere maximă motorului;

Λ=r/b (1.2)

Valorile uzuale pentru Λ sunt [9]:

- Λ=0,277 (1/3,6) 0,333 (1/3) - pentru motoare de autoturisme, cu valori mai mici pentru M.A.C.;

Se alege Λ=1/3.3

a. Cinematica pistonului

Deplasarea pistonului poate fi calculată utilizând relația:

[mm] (1.3)

Viteza pistonului va fi derivata funcție de timp a deplasării acestuia (rel. 1.3), rezultând relația:

[m/s] (1.4)

Determinarea accelerației pistonului se realizează derivând rel. 1.4 în funcție de timp:

[m/s2] (1.5)

Calculul cinematic este organiat tabelar (tab. 1.1) pentru valori ale unghiului de manivelă „” din 15 în 15 0RAC.

Tabelul 1.1

ALFA[°RAC] Sp [mm] Wp [m/s] ap[m/s^2]

0 0.000 0.000 11205

15 2.676 7.631 10562

30 10.397 14.397 8750

45 22.303 19.584 6080

60 37.125 22.746 2997

75 53.394 23.759 -31

90 69.667 22.809 -2606

105 84.711 20.303 -4482

120 97.625 16.760 -5602

135 107.863 12.672 -6080

150 115.186 8.411 -6144

165 119.553 4.175 -6049

180 121.000 0.000 -5993

195 119.553 -4.175 -6049

210 115.186 -8.411 -6144

225 107.863 -12.672 -6080

240 97.625 -16.760 -5602

255 84.711 -20.303 -4482

270 69.667 -22.809 -2606

285 53.394 -23.759 -31

300 37.125 -22.746 2997

315 22.303 -19.584 6080

330 10.397 -14.397 8750

345 2.676 -7.631 10562

360 0.000 0.000 11205

375 2.676 7.631 10562

390 10.397 14.397 8750

405 22.303 19.584 6080

420 37.125 22.746 2997

435 53.394 23.759 -31

450 69.667 22.809 -2606

465 84.711 20.303 -4482

480 97.625 16.760 -5602

495 107.863 12.672 -6080

510 115.186 8.411 -6144

525 119.553 4.175 -6049

540 121.000 0.000 -5993

555 119.553 -4.175 -6049

570 115.186 -8.411 -6144

585 107.863 -12.672 -6080

600 97.625 -16.760 -5602

615 84.711 -20.303 -4482

630 69.667 -22.809 -2606

645 53.394 -23.759 -31

660 37.125 -22.746 2997

675 22.303 -19.584 6080

690 10.397 -14.397 8750

705 2.676 -7.631 10562

720 0.000 0.000 11205

b. Cinematica bielei

Un capăt al bielei execută o mișcare alternativă de translație, fiind legată de grupul piston prin intermediul bolțului. Celălalt capăt este articulat pe fusul maneton și execută o mișcare de rotație cu viteza unghiulară (considerată constantă) a arborelui cotit.

c. Cinematica manivelei

Se consideră că manivela efectuează o mișcare de rotație cu viteza unghiulară „” constantă, corespunzătoare turației de putere a arborelui cotit.

1.3. Calculul dinamic al mecanismului bielă-manivelă normal axat

Scopul calculului dinamic al mecanismului bielă-manivelă este determinarea forțelor care acționează în acest mecanism.

Forțele care acționează în mecanismul bielă-manivelă ale unui M.A.I. sunt:

- forța de presiune a gazelor;

- forțele de inerție, care la rândul lor sunt de două categorii:

- forța de inerție dată de masele în mișcare de translație;

- forța de inerție dată de masele în mișcare de rotație;

Forța de presiune dezvoltată de gazele din cilindru:

[N] (1.6)

Pentru determinarea presiunii gazelor din cilindru este necesar să se calculeze volumul instantaneu al camerei de ardere: