Proiect_template_mecanisme_proiect.docx
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Proiect_template_mecanisme_proiect.docx as PDF for free.
More details
- Words: 1,597
- Pages: 19
PROIECT DE SEMESTRU DIMENSIONAREA VOLANTULUI UNUI MOTOR CU ARDERE INTERNĂ la
MECANISME II
Sem. I, An 2017-2018
Îndrumător științific: Asist.dr.ing. Ciprian-Radu RAD
Student: Cărăușan Horațiu Grupa:
2431/2
Cărăușan Horațiu
Cuprins 1. Tema de proiect 2. Justificarea abordării temei
3 4
2.1 Noțiuni introductive despre motoarele cu ardere internă 2.2 Ciclul de funcționare Otto 2.3 Rolul și importanța volantului 3. Memoriu justificativ de calcul
4 5 7 8
3.1 Analiza cinematică a mecanismului manivelă-piston 3.2 Calculul forțelor de presiune 3.3 Calculul forțelor de inerție 3.4 Calculul forței rezultante din piston 3.5 Calculul momentului redus 3.6 Calculul momentului redus total 3.7 Calculul momentului rezistent redus 3.8 Calculul momentului de inerție al volantului 3.9 Calculul dimensiunilor geometrice ale volantului BIBLIOGRAFIE
8 11 11 12 13 13 14 16 16 18
ANEXE
x
A1 – Desenul de execuție al volantului
x
2
Proiect de semestru
1. Tema de proiect Se dă un motor cu ardere internă M în 4 timpi (ciclul Otto) cu 3 cilindrii în linie care antrenează o mașină de lucru M.L. (Figura.1) . Se cunosc:
Se consideră că manivela și biela au o secțiune constantă iar ordinea de aprindere este 1, 3,2
Figura 1: Schema conceptuală
Curba de presiune 1000000 800000 600000 400000
Curba de presiune
200000
0 -200000 0
200
400
600
800
3
Figura 2: Curba de presiune
Cărăușan Horațiu
2. Justificarea abordării temei: 2.1 Noțiuni introductive despre motoarele cu ardere internă Prin definiție, un motor termic transformă căldura produsă prin arderea unui amestec combustibil în lucru mecanic. Se numește „cu ardere internă” deoarece arderea combustibilului utilizat se face în interiorul motorului, produsele arderii intrând în componența amestecului combustibil. Pistonul, împreuna cu mecanismul bielă-manivelă au rolul de a transforma energia termică în energie mecanică. Patru timpi reprezintă succesiunea de transformări fizico-chimice ce au loc în motor pentru a efectua un ciclu motor complet. Astfel putem spune că motorul cu ardere internă, cu piston, este un motor termic care, prin evoluția amestecului combustibil, transformă energia termică în lucru mecanic. Evoluția amestecului combustibil în motor este realizată cu ajutorul pistonului, care, prin intermediul mecanismului bielă-manivelă, transformă mișcarea alternativă de translație în mișcare de rotație.
În figura de mai sus se prezintă o secțiune printr-un motor termic cu piston: 1. bujie 2. arbore cu came 3. supapa de admisie 4. galerie de admisie 5. chiulasă 6. blocul motor 7. arbore cotit 8. bielă 9. piston 10. bolț 11. segmenți 12. galerie de evacuare 13. supapa de evacuare 14. arbore cu came [1] 4
Proiect de semestru
2.2 Ciclul de funcționare Otto Motorul Otto standard este un motor în 4 timpi în care pistonul face 4 curse. [2]
Ciclul motor Totalitatea stărilor succesive prin care trece amestecul carburant într-o transformare, începând dintr-o stare inițială până când revine la starea inițială, se numește ciclu termodinamic sau ciclu motor.
Timpul 1: Admisia Pistonul pornește de la capătul superior al cilindrului iar în cilindru este aspirat amestecul de aer și benzină deoarece supapa de admisie este deschisă. La sfârșitul acestui timp, pistonul ajunge la capătul inferior și supapa de admisie se închide.
5
Cărăușan Horațiu
Timpul 2: Compresia Amestecul se încălzește până când pistonul ajunge la capătul superior.
Timpul 3: Arderea și destinderea O descărcare electrică a bujiei aprinde amestecul carburant a cărui ardere are loc rapid, ca o explozie. Presiunea și temperatura în cilindru cresc brusc având cași consecință împingerea pistonului. Timpul 3 este timpul motor, în care se efectuează lucru mecanic asupra pistonului. La sfârșitul acestui timp se deschide supapa de evacuare.
Timpul 4: Evacuarea Pistonul se ridică iar gazele sunt evacuate, supapa de evacuare fiind deschisă. La capătul ciclului, supapa de evacuare se închide iar supapa de admisie se deschide astfel începând un nou ciclu.
6
Proiect de semestru
2.3 Rolul și importanța volantului Volantul reprezintă, alături de arborele cotit, una dintre cele mai importante piese ale motorului cu ardere internă. Deși servește mai multor scopuri, principala sa sarcină o reprezintă uniformizarea mișcarii de rotație a arborelui cotit. De asemenea, prin intermediul sistemului de ambreiaj, volantul este responsabil și de transmiterea cuplului motor către sistemul de transmisie al autovehiculului. În ceea ce privește motivele pentru care este necesara uniformizarea mișcării de rotație, trebuie avute în vedere cel puțin două aspecte. În primul rând, lucrul mecanic generat de piston nu este unul continuu, dat fiind faptul că forța de apăsare acționează asupra arborelui cotit doar pe cursa de destindere a pistonului. De asemenea, al doilea aspect important este acela că mecanismul bielă-manivelă are o mișcare alternativă, cu viteză variabilă, ceea ce face ca mișcarea arborelui cotit să nu fie una complet uniformă. Practic, uniformizarea mișcării de rotație a arborelui cotit, respectiv transformarea ei intr-o mișcare continuă, are loc datorită faptului că volantul dispune de o masă foarte mare și o inerție pe măsura. Volantul acționează astfel ca un acumulator de energie cinetică, înmagazinând energie mecanică pe cursa de destindere a fiecărui piston. Am precizat mai devreme ca volantul mai are si rolul de a transmite cuplul motor cutiei de viteze, prin intermediul ambreiajului (discul de ambreiaj este cuplat cu volantul pe partea dinspre motor, respectiv cu placa de presiune pe partea dinspre cutia de viteze). De asemenea, o alta functie pe care o indeplineste este aceea ca, prin intermediul coroanei dințate și cu ajutorul electromotorului, ajută la pornirea motorului. [3]
7
Cărăușan Horațiu
3. Memoriu justificativ de calcul: 3.1 Analiza cinematică a mecanismului manivelă-piston Utilizând relațiile :
Se calculează spațiul, viteza și accelerația punctului B al pistonului mecanismului bielămanivelă, considerând pentru o rotație a manivelei 12 poziții. Utilizând datele de intrare :
Se obțin valorile pentru spațiu, viteză și accelerație înregistrate în sistemul de coordonate xOy. [4]
Figura 3: Schema cinematică
8
Proiect de semestru
Date Tabelul 1
9
Cărăușan Horațiu
Spatiul parcurs de piston 140 120 100 80 Spatiu
60 40 20 0 0
200
400
600
800
Viteza pistonului 15 10 5 0 -5
Viteze 0
200
400
600
800
-10 -15
Acceleratia pistonului 4000 3000 2000 1000 0 -1000 0
200
-2000 -3000 -4000 -5000
10
400
600
800
Acceleratii
Proiect de semestru
3.2
Calculul forțelor de presiune
Forța de presiune este datorată gazelor din cilindru și se obține din relația:
unde „p” reprezintă valorile presiunii din cilindru și se citesc din diagrama de calcul al motorului, în funcție de poziția manivelei. [4]
Presiuni 5000 0 -5000 0 -10000 -15000 -20000 -25000 -30000 -35000 -40000
3.3
200
400
600
800
Presiuni
Calculul forțelor de inerție
Pentru calculul forțelor de inerție se aplică metoda concentrării maselor în două puncte. În acest sens masa manivelei se concentrează în O și A, masa bielei în A și B iar masa pistonului se consideră aplicată în centrul de geutate B (Figura 3). [4]
Forte de inertie 15000 10000 5000 Forte de inertie 0 0
200
400
-5000 -10000
11
600
800
Cărăușan Horațiu
Se vor utiliza următoarele relații pentru calculul forțelor de inerție, care pot fi găsite in tabelul 1:
3.4
Calculul forței rezultante din piston
Forța rezultantă se obține îsumând forța de inerție cu forța datorată presiunii din cilindru. Datele se regăsesc în tabelul 1 , mai jos fiind reprezentată grafic forța rezultantă. [4]
Forta rezultanta 15000 10000 5000 0 -5000
0
200
400
600
800
Forta rezultanta
-10000 -15000 -20000 -25000 -30000
12
Proiect de semestru
3.5
Calculul momentului redus
Volantul fiind montat pe arborele cotit, forța din piston trebuie redusă la manivelă. Momentul redus se calculează cu relația de mai jos, datele aflându-se in tabelul 2. [4]
Date Tabelul 2
3.6
Calculul momentului redus total
Momentul redus la arborele cotit se determină ca sumă algebrică a mometelor date de fiecare cilindru in parte, însă decalate între ele. Momentul motor este o funcție periodică. Dacă aprinderile sunt uniform distribuite, decalajul unghiurilor între aprinderi pentru motorul în 4 timpi ci 3 cilindrii este:
13
Cărăușan Horațiu În tabelul 2 sunt trecute valorile momentelor reduse în cele 24 de poziții aferente fiecărui cilindru, precum și momentul redus total al motorului cu 3 cilidrii în linie iar mai jos se află reprezentarea grafică a momentului redus total. [4]
Moment total redus 600 400 200
Moment total redus
0 -200
0
200
400
600
800
Moment total redus pe un interval 600 400 200
Moment total redus
0 0
100
200
300
-200
3.7
Calculul momentului rezistent redus
Se trasează prin puncte curba de variație a momentului motor redus pentru un ciclu cinematic de 240 de grade, adoptând scările momentelor și a unghiurilor. În faza de regim, lucrul mecanic motor este egal cu lucrul mecanic rezistent pe parcursul unui ciclu cinematic. Lucrului mecanic motor îi corespunde aria închisă de curba momentului motor redus, cu axa absciselor. Scazându-se din aria pozitivă, aria negativă se obține ΔA. Lucrul mecanic rezistent este egal cu aria închisă de momentul rezistent redus al mașinii de lucru. Din egalarea celor două arii rezultă ordonata y care la scară reprezintă momentul rezistent redus. [4]
Alături am atașat și graficul utilizat pentru determinarea momentului rezistent redus. 14
Proiect de semestru
15
Cărăușan Horațiu
3.8
Calculul momentului de inerție al volantului Momentul de inerție al volantului rezultă din formula:
unde Amax este aria celei mai mari bucle pe care o închide diagrama. [4]
3.9
Calculul dimensiunilor geometrice ale volantului
Volantul se poate executa într-o varietate de forme constructive, însa este extrem de important caracterul funcțional al acestuia, fiind determinat de forma si dimensiunile acestuia. În cele ce urmează sunt prezentate relațiile de calcul și dimensiunile acestuia. [4]
16
Proiect de semestru
17
Cărăușan Horațiu
Bibliografie [1]- http://e-automobile.ro/categorie-motor/20-general/32-motor-termic-automobile.html [2]- http://www.referatele.com/referate/fizica/online5/Motoarele-cu-ardere-interna---MotorulOtto-Motorul-Diesel-Puterea-Cuplul-referatele-com.php [3]- http://www.turbineauto.ro/blog/volant-motor/ [4]- Introducere in teoria mecanismelor , Ion Aurel Stoica, Viorel Handra-Luca
18
Proiect de semestru
Anexe Desen de executie al volantului
19
MECANISME II
Sem. I, An 2017-2018
Îndrumător științific: Asist.dr.ing. Ciprian-Radu RAD
Student: Cărăușan Horațiu Grupa:
2431/2
Cărăușan Horațiu
Cuprins 1. Tema de proiect 2. Justificarea abordării temei
3 4
2.1 Noțiuni introductive despre motoarele cu ardere internă 2.2 Ciclul de funcționare Otto 2.3 Rolul și importanța volantului 3. Memoriu justificativ de calcul
4 5 7 8
3.1 Analiza cinematică a mecanismului manivelă-piston 3.2 Calculul forțelor de presiune 3.3 Calculul forțelor de inerție 3.4 Calculul forței rezultante din piston 3.5 Calculul momentului redus 3.6 Calculul momentului redus total 3.7 Calculul momentului rezistent redus 3.8 Calculul momentului de inerție al volantului 3.9 Calculul dimensiunilor geometrice ale volantului BIBLIOGRAFIE
8 11 11 12 13 13 14 16 16 18
ANEXE
x
A1 – Desenul de execuție al volantului
x
2
Proiect de semestru
1. Tema de proiect Se dă un motor cu ardere internă M în 4 timpi (ciclul Otto) cu 3 cilindrii în linie care antrenează o mașină de lucru M.L. (Figura.1) . Se cunosc:
Se consideră că manivela și biela au o secțiune constantă iar ordinea de aprindere este 1, 3,2
Figura 1: Schema conceptuală
Curba de presiune 1000000 800000 600000 400000
Curba de presiune
200000
0 -200000 0
200
400
600
800
3
Figura 2: Curba de presiune
Cărăușan Horațiu
2. Justificarea abordării temei: 2.1 Noțiuni introductive despre motoarele cu ardere internă Prin definiție, un motor termic transformă căldura produsă prin arderea unui amestec combustibil în lucru mecanic. Se numește „cu ardere internă” deoarece arderea combustibilului utilizat se face în interiorul motorului, produsele arderii intrând în componența amestecului combustibil. Pistonul, împreuna cu mecanismul bielă-manivelă au rolul de a transforma energia termică în energie mecanică. Patru timpi reprezintă succesiunea de transformări fizico-chimice ce au loc în motor pentru a efectua un ciclu motor complet. Astfel putem spune că motorul cu ardere internă, cu piston, este un motor termic care, prin evoluția amestecului combustibil, transformă energia termică în lucru mecanic. Evoluția amestecului combustibil în motor este realizată cu ajutorul pistonului, care, prin intermediul mecanismului bielă-manivelă, transformă mișcarea alternativă de translație în mișcare de rotație.
În figura de mai sus se prezintă o secțiune printr-un motor termic cu piston: 1. bujie 2. arbore cu came 3. supapa de admisie 4. galerie de admisie 5. chiulasă 6. blocul motor 7. arbore cotit 8. bielă 9. piston 10. bolț 11. segmenți 12. galerie de evacuare 13. supapa de evacuare 14. arbore cu came [1] 4
Proiect de semestru
2.2 Ciclul de funcționare Otto Motorul Otto standard este un motor în 4 timpi în care pistonul face 4 curse. [2]
Ciclul motor Totalitatea stărilor succesive prin care trece amestecul carburant într-o transformare, începând dintr-o stare inițială până când revine la starea inițială, se numește ciclu termodinamic sau ciclu motor.
Timpul 1: Admisia Pistonul pornește de la capătul superior al cilindrului iar în cilindru este aspirat amestecul de aer și benzină deoarece supapa de admisie este deschisă. La sfârșitul acestui timp, pistonul ajunge la capătul inferior și supapa de admisie se închide.
5
Cărăușan Horațiu
Timpul 2: Compresia Amestecul se încălzește până când pistonul ajunge la capătul superior.
Timpul 3: Arderea și destinderea O descărcare electrică a bujiei aprinde amestecul carburant a cărui ardere are loc rapid, ca o explozie. Presiunea și temperatura în cilindru cresc brusc având cași consecință împingerea pistonului. Timpul 3 este timpul motor, în care se efectuează lucru mecanic asupra pistonului. La sfârșitul acestui timp se deschide supapa de evacuare.
Timpul 4: Evacuarea Pistonul se ridică iar gazele sunt evacuate, supapa de evacuare fiind deschisă. La capătul ciclului, supapa de evacuare se închide iar supapa de admisie se deschide astfel începând un nou ciclu.
6
Proiect de semestru
2.3 Rolul și importanța volantului Volantul reprezintă, alături de arborele cotit, una dintre cele mai importante piese ale motorului cu ardere internă. Deși servește mai multor scopuri, principala sa sarcină o reprezintă uniformizarea mișcarii de rotație a arborelui cotit. De asemenea, prin intermediul sistemului de ambreiaj, volantul este responsabil și de transmiterea cuplului motor către sistemul de transmisie al autovehiculului. În ceea ce privește motivele pentru care este necesara uniformizarea mișcării de rotație, trebuie avute în vedere cel puțin două aspecte. În primul rând, lucrul mecanic generat de piston nu este unul continuu, dat fiind faptul că forța de apăsare acționează asupra arborelui cotit doar pe cursa de destindere a pistonului. De asemenea, al doilea aspect important este acela că mecanismul bielă-manivelă are o mișcare alternativă, cu viteză variabilă, ceea ce face ca mișcarea arborelui cotit să nu fie una complet uniformă. Practic, uniformizarea mișcării de rotație a arborelui cotit, respectiv transformarea ei intr-o mișcare continuă, are loc datorită faptului că volantul dispune de o masă foarte mare și o inerție pe măsura. Volantul acționează astfel ca un acumulator de energie cinetică, înmagazinând energie mecanică pe cursa de destindere a fiecărui piston. Am precizat mai devreme ca volantul mai are si rolul de a transmite cuplul motor cutiei de viteze, prin intermediul ambreiajului (discul de ambreiaj este cuplat cu volantul pe partea dinspre motor, respectiv cu placa de presiune pe partea dinspre cutia de viteze). De asemenea, o alta functie pe care o indeplineste este aceea ca, prin intermediul coroanei dințate și cu ajutorul electromotorului, ajută la pornirea motorului. [3]
7
Cărăușan Horațiu
3. Memoriu justificativ de calcul: 3.1 Analiza cinematică a mecanismului manivelă-piston Utilizând relațiile :
Se calculează spațiul, viteza și accelerația punctului B al pistonului mecanismului bielămanivelă, considerând pentru o rotație a manivelei 12 poziții. Utilizând datele de intrare :
Se obțin valorile pentru spațiu, viteză și accelerație înregistrate în sistemul de coordonate xOy. [4]
Figura 3: Schema cinematică
8
Proiect de semestru
Date Tabelul 1
9
Cărăușan Horațiu
Spatiul parcurs de piston 140 120 100 80 Spatiu
60 40 20 0 0
200
400
600
800
Viteza pistonului 15 10 5 0 -5
Viteze 0
200
400
600
800
-10 -15
Acceleratia pistonului 4000 3000 2000 1000 0 -1000 0
200
-2000 -3000 -4000 -5000
10
400
600
800
Acceleratii
Proiect de semestru
3.2
Calculul forțelor de presiune
Forța de presiune este datorată gazelor din cilindru și se obține din relația:
unde „p” reprezintă valorile presiunii din cilindru și se citesc din diagrama de calcul al motorului, în funcție de poziția manivelei. [4]
Presiuni 5000 0 -5000 0 -10000 -15000 -20000 -25000 -30000 -35000 -40000
3.3
200
400
600
800
Presiuni
Calculul forțelor de inerție
Pentru calculul forțelor de inerție se aplică metoda concentrării maselor în două puncte. În acest sens masa manivelei se concentrează în O și A, masa bielei în A și B iar masa pistonului se consideră aplicată în centrul de geutate B (Figura 3). [4]
Forte de inertie 15000 10000 5000 Forte de inertie 0 0
200
400
-5000 -10000
11
600
800
Cărăușan Horațiu
Se vor utiliza următoarele relații pentru calculul forțelor de inerție, care pot fi găsite in tabelul 1:
3.4
Calculul forței rezultante din piston
Forța rezultantă se obține îsumând forța de inerție cu forța datorată presiunii din cilindru. Datele se regăsesc în tabelul 1 , mai jos fiind reprezentată grafic forța rezultantă. [4]
Forta rezultanta 15000 10000 5000 0 -5000
0
200
400
600
800
Forta rezultanta
-10000 -15000 -20000 -25000 -30000
12
Proiect de semestru
3.5
Calculul momentului redus
Volantul fiind montat pe arborele cotit, forța din piston trebuie redusă la manivelă. Momentul redus se calculează cu relația de mai jos, datele aflându-se in tabelul 2. [4]
Date Tabelul 2
3.6
Calculul momentului redus total
Momentul redus la arborele cotit se determină ca sumă algebrică a mometelor date de fiecare cilindru in parte, însă decalate între ele. Momentul motor este o funcție periodică. Dacă aprinderile sunt uniform distribuite, decalajul unghiurilor între aprinderi pentru motorul în 4 timpi ci 3 cilindrii este:
13
Cărăușan Horațiu În tabelul 2 sunt trecute valorile momentelor reduse în cele 24 de poziții aferente fiecărui cilindru, precum și momentul redus total al motorului cu 3 cilidrii în linie iar mai jos se află reprezentarea grafică a momentului redus total. [4]
Moment total redus 600 400 200
Moment total redus
0 -200
0
200
400
600
800
Moment total redus pe un interval 600 400 200
Moment total redus
0 0
100
200
300
-200
3.7
Calculul momentului rezistent redus
Se trasează prin puncte curba de variație a momentului motor redus pentru un ciclu cinematic de 240 de grade, adoptând scările momentelor și a unghiurilor. În faza de regim, lucrul mecanic motor este egal cu lucrul mecanic rezistent pe parcursul unui ciclu cinematic. Lucrului mecanic motor îi corespunde aria închisă de curba momentului motor redus, cu axa absciselor. Scazându-se din aria pozitivă, aria negativă se obține ΔA. Lucrul mecanic rezistent este egal cu aria închisă de momentul rezistent redus al mașinii de lucru. Din egalarea celor două arii rezultă ordonata y care la scară reprezintă momentul rezistent redus. [4]
Alături am atașat și graficul utilizat pentru determinarea momentului rezistent redus. 14
Proiect de semestru
15
Cărăușan Horațiu
3.8
Calculul momentului de inerție al volantului Momentul de inerție al volantului rezultă din formula:
unde Amax este aria celei mai mari bucle pe care o închide diagrama. [4]
3.9
Calculul dimensiunilor geometrice ale volantului
Volantul se poate executa într-o varietate de forme constructive, însa este extrem de important caracterul funcțional al acestuia, fiind determinat de forma si dimensiunile acestuia. În cele ce urmează sunt prezentate relațiile de calcul și dimensiunile acestuia. [4]
16
Proiect de semestru
17
Cărăușan Horațiu
Bibliografie [1]- http://e-automobile.ro/categorie-motor/20-general/32-motor-termic-automobile.html [2]- http://www.referatele.com/referate/fizica/online5/Motoarele-cu-ardere-interna---MotorulOtto-Motorul-Diesel-Puterea-Cuplul-referatele-com.php [3]- http://www.turbineauto.ro/blog/volant-motor/ [4]- Introducere in teoria mecanismelor , Ion Aurel Stoica, Viorel Handra-Luca
18
Proiect de semestru
Anexe Desen de executie al volantului
19
More Documents from "RapRockManiac"
Ccmai- Proiect 1.docx
May 2020 0
Proiect Da.docx
May 2020 6
Proiect Da1- V1.pdf
May 2020 7