Lucrarea de faţă prezintă modul de proiectare al unui motor termic cu piston, (m.a.s. aspirat) destinat antrenării unui autovehicul, precum şi calculul din punct de vedere dinamic al autovehiculului echipat cu motorul proiectat.
Pornind de la o serie de date iniţiale care impuneau alezajul cilindrilor, cursa pistoanelor, raportul volumetric, numărul de cilindrii, turaţia de putere maximă, s-a urmărit obţinerea unor parametrii efectivi cât mai buni posibili.
Pentru a corespunde însă şi cerinţelor moderne impuse de destinaţia aleasă, motorul a trebuit proiectat ţinând cont de unele criterii ca:
• Masa şi dimensiunile de gabarit reduse
• Putere ridicată
• Fiabilitate mare în mers
• Consum de combustibil cât mai redus
• Soluţii constructive de mare tehnologitate
Pentru aceasta în partea de calcul termic s-au analizat procesele de admisie, compresie, destindere şi evacuare după care funcţionează motorul. În urma acestei analize s-au determinat parametrii indicaţi şi efectivi ai motorului după care s-a putut trasa diagrama indicată a motorului.
În continuare, în calculul organologic s-au dimensionat şi verificat din punct de vedere a rezistenţei mecanice pistonul, segmenţii, bolţul de piston, biela şi arborele cotit.
Pistonul, din punct de vedere constructiv, s-a proiectat în scopul asigurării unei funcţii optime de etanşare a camerei de ardere, de transmitere a presiunii gazelor necesare motorului, cu precizarea că s-a căutat obţinerea unei mase cât mai mici.
Materialul de execuţie este un aliaj de aluminiu pentru pistoane, eutectic, marca : ATCSi12 CuMgNi KS 1275 : MAHLE 138.
În cadrul calculului pistonului s-au verificat la rezistenţă :
- Fundul pistonului – solicitat la eforturi termice generate de încălziri neuniforme şi dilatări diferite şi la eforturi mecanice generate de forţa de presiune a gazelor şi masele de inerţie ;
- Regiunea port-segmenţi – solicitaţi la eforturi de încovoiere ;
- Umerii pistonului – solicitaţi la eforturi de încovoiere ;
- Mantaua pistonului – care trebuie să reziste presiunii maxime de contact cu cilindrul şi care se profilează cu scopul asigurării funcţiei de etanşare.
Pentru segment s-a adoptat aceeaşi formă a celor trei tipuri de segment, adică cu secţiune dreptunghiulară şi cu lege de asimetrie medie. Materialul, care corespunde solicitărilor segmentului, a fost adoptat în proiect este fonta : KV1.
Bolţul se verifică la rezistenţă mecanică la solicitările de încovoiere, în plan longitudinal, la solicitarea de forfecare în secţiunea de separaţie dintre piciorul bielei şi bosajele pistonului şi la ovalizare în plan transversal. Materialul folosit la realizarea bolţului este un oţel de cementare pentru bolţ : 20MoMnCr 12.
După calculul bolţului s-a trecut la calculul de rezistenţă al bielei, solicitată la eforturi de întindere, compresiune, încovoiere şi răsucire, precum şi la vibraţii torsionale.
În urma calculelor analizate s-a stabilit că motorul rezistă la solicitările ce apar în timpul funcţionării.
Ulterior proiectării motorului, s-a efectuat şi calculul dinamic al autoturismului echipat cu acest motor. În acest scop s-au efectuat calculul forţelor şi determinarea bilanţului de tracţiune şi a celui de putere al autoturismului, calculul factorului dinamic, determinarea acceleraţiei autoturismului şi a timpului de demarare.
I.1. Consideraţii generale.
Acest calcul se execută în scopul determinării unor mărimi ce se pot grupa astfel:
- parametrii efectivi;
- parametrii comparativi;
- presiunile din cilindru.
Calculul presupune un volum considerabil de operaţii. Luând în considerare şi iteraţia necesară pentru obţinerea temperaturii gazelor reziduale, apare ca justificată folosirea unui program de calcul care scurtează în mod evident timpul de lucru. Rezultatele obţinute vor fi afişate pe imprimantă, garantându-se precizia lor.
În ceea ce urmează este prezentat, teoretic, algoritmul care a stat la baza programului si în primul rând modul de a alege mărimile necesare efectuării calculelor.
I.2. DEFINIREA ŞI ALEGEREA DATELOR DE INTRARE
- Alegerea parametrilor geometrici ai motorului.
- Numărul de cilindrii ai motorului: i = 4
- Cilindreea totală: Vt = 1386 cm3
- Alezajul dat în tema proiectului: D = 80 mm
- Cursa pistonului: S = 69.8 mm
- Raportul = r/l = 0.35 unde: l = lungimea bielei
R = S/2 = lungimea manivelei
- Raportul de compresie: = 8.8
- Coeficientul de rezistenţă gazodinamică la curgerea amestecului proaspăt prin secţiunea minimă a traseului de aspiraţie, , se determină experimental pentru un traseu similar cu cel studiat. Practic valorile sale sunt cuprinse în intervalul (2.6…2.9) şi adopt 2.7:
- Alegerea parametrilor funcţionali ai motorului
- Turaţia nominală : n = 5000 [rot/min] din tema proiectului
- Coeficientul de dozaj al amestecului proaspăt la regim nominal de funcţionare : = 0.9
- Viteza amestecului în ţevăria de admisie se recomandă între (50…80) (m/s) la m.a.s.-uri. Adopt Wa = 70: [m/s]
- Coeficientul de răcire la motorului se alege în intervalul (0.45…0.53), cu valori mari pentru motoare supraalimentate. Adopt Rm = 0.5:
- Coeficientul de încărcare termică al motorului se alege în intervalul (0.6…0.7). Adopt lm = 0.65;
- Alegerea parametrilor ciclului teoretic
- Temperatura estimativă a gazelor reziduale se apreciază iniţial din tabele, în funcţie de turaţia motorului. Valoarea ei se va corecta pe parcursul calculului termic, în funcţie de rezultatele intermediare. Pentru început adopt TR = 900 K;
- Raportul de creştere a presiunii la volum constant în timpul arderii, are valori între (1.5…2.0). Adopt = 2;
- Coeficientul de utilizare a căldurii în procesul arderii se determină din diagrame. Adopt = 0.9;
- Coeficientul presiunii reziduale, K1 , este cuprins între (0.9…1.2). Se recomandă pentru motorul din proiect K1 = 1.117;
- Indicele politropic în procesul de comprimare, în cilindrul motorului, se determină din monograme, în funcţie de raportul de compresie şi de temperatura de la sfârşitul aspiraţiei, Ta . Considerând Ta = 320[oK], rezultă n1 = 1.378;
- Indicele politropic în procesul de destindere, în cilindrul motorului, se determină din monograme, în funcţie de gradul destinderii finale , temperatura maximă de ardere Tr şi coeficientul de dozaj . Adopt n2 = 1.28;
- Diferenţa de temperatură prin încălzirea aerului înainte de intrarea în cilindru, la regim nominal, T = 7[oK].
CUPRINS
Memoriu de prezentare 2
Tema proiectului 1
Capitolul I Calculul energetic 6-24
Capitolul II Calculul cinematic al motorului 26-36
Capitolul III Construcţia şi calculul pistonului 38-52
Capitolul IV Construcţia şi calculul bolţului 54-58
Capitolul V Construcţia şi calculul segmenţilor 60-64
Capitolul VI Construcţia şi calculul bielei 66-78
Capitolul VII Calculul dinamic al autoturismului 80-92
Bibliografie 93
