Dimensionarea si calculul arborelui cotit

Arborele cotit este organul motorului care transforma miscarea de translatie a pistonului intr-o miscare de rotatie si transmite in exterior momentul motor produs de forta de presiune a gazelor. Partile componente ale arborelui cotit sunt: capatul liber sau partea frontala, fusuri manetoane, fusuri paliere, brate, contragreutati si partea posterioara.

Materiale pentru arbori cotiti:

Materialele din care se executa arborii cotiti trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii:

rezistenta la oboseala ridicata

duritate ridicata a suprafetelor fusurilor

buna prelucrabilitate prin aschiere

Arborele cotit se executa prin forjare sau turnare din otel. Otelurile utilizate pentru arbori cotiti sunt oteluri de calitate (OLC 45x; OLC60x) si respectiv oteluri aliate cu Cr, Ni, Mo, V. (STAS 791-80)

Arborele proiectat se executa prin forjare dintr-un otel de calitate, OLC 60x, conform STAS 880-80.

Dimensionarea arborelui cotit:

Figura 4.1.8. Dimensionarea arborelui cotit

Dimensiunile principale ale unui cot al arborelui cotit sunt:

Lungimea cotului: ;

Diametrul fusului palier: ;

Lungimea fusului palier intermediar: ;

Lungimea fusului palier extrem: ;

Diametrul fusului maneton: ;

Lungimea fusului maneton: ;

Diametrul fusului maneton intermediar:;

Latimea bratului: ;

Grosimea bratului: .

Verificarea arborilor la solicitari maxime:

Pentru stabilirea cotului cel mai solicitat se considera urmatoarele ipoteze simplificate:

cotul de lungime l, se considera o grinda liber rezemata, reazemele fiind dispuse la mijlocul fusurilor paliere, considerate rigide;

asupra cotului actioneaza forta radiala Z in planul cotului si forta tangentiala T intr-un plan perpendicular pe planul cotului,

la intrarea in cot actioneaza momentul de torsiune M_ti iar la iesire M_ti+1;

se considera motorul in conditii de pornire, de scurta durata, cand actioneaza forta maxima a gazelor, iar fortele de inertie sunt neglijabile.

Se vor verifica tensiunile maxime in jurul punctului mort inferior, corespunzator procesului de ardere, considerandu-se doua pozitii ale cotului.

Prima corespunzatoare la P.M.I., la inceputul destinderii la RAC, pentru motorul in patru timpi.

;

Z=9121,57  N;

- reprezinta jumatate din lungimea de calcul a cotului

- reactiunile din lagarele palier

Nm - momentul de intrare in cotul i

Z si M_tm sunt calculate la Proiectul de Dinamica Motoarelor cu Ardere Interna;

a - jumatate din lungimea de calcul a cotului;

- reactiunile din lagarul palier;

- momentul de intrare in cotul i;

R- raza manivelei.

Verificarea fusului maneton

Momentul incovoietor in sectiunea din mijloc:                    

;

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

Tensiunea de incovoiere:

;

.

Tensiunea de rasucire este:

.

Momentul polar de rezistenta: ; W_pM=2W_M =24535 mm².

Pentru solicitarea compusa se calculeaza:

;

unde MPa.

Verificarea fusului palier la intrare:

Momentul incovoietor in sectiunea de incastrare este:

;

.

Tensiunea de incovoiere este:

;

unde: .

Tensiunea de rasucire este:

;

; .

Pentru solicitarea compusa, se calculeaza:

;

unde MPa.

Verificarea bratului stang:

Solicitarea de compresiune provocata de reactiunea A_Z este:

;

.

Incovoierea in planul cotului, este data de momentul de incovoiere:

.

Tensiunea de incovoiere este:

;

unde: ;;;

Tensiunea totala, datorata solicitarii compuse este:

;

unde MPa.

Verificarea arborelui cotit la solicitari variabile:

Calculul de verificare al arborelui cotit la solicitari variabile se face considerand fiecare cot solicitat de momentul de incovoiere si de momentul de torsiune si presupunand reazemele rigide.

Fusul palier:

Se calculeaza:               =8,4 MPa;

=5,8 MPa;

=3,83;

unde:   =1,2 MPa;

=6,7 MPa;

=2,5 ; g=1,1-1,4=1,1  ; =0,1 ; t_-1=170 MPa.

Se recomanda:

[MPa] - (otel carbon de calitate)

;

.

Fusul maneton:

incovoiere: j=30 - unghiul sub care este practicat, fata de axa manivelei, orificiul pentru trecerea uleiului prin fusul maneton.

=746 Nm =16,5 kN;

=195 Nm; = 4340 Nm;

=773 Nm;

=147 Nm;

=3270 N;

=75 N;

=3,375 Nm;

147,18 Nm;

=62 MPa;

=12 MPa . Figura 4.1.9. Incovoierea fusului maneton

- modulul de rezistenta a fusului maneton

- coeficientul de siguranta la incovoiere : = 3,05;

unde:          =25 MPa;

=37 MPa;

s_-1 = (250.350)[MPa] - otel carbon de calitate;

Aleg: s_-1 = 280 MPa ; k_f = 1,95 ; e = 0,75 ; g = 0,75 ; y = 0,09 .

Bratul arborelui cotit:

Bratul arborelui cotit este solicitat la incovoiere intindere, compresiune si rasucire. Drept sectiune de calcul se alege sectiunea tangenta la fusul palier deoarece in punctul acela apar tensiunile cele mai mari.

Momentul incovoietor in planul cotului este provocat de forta Z_i, adica:

;

care da nastere la momente extreme:

;

.

Tensiunile normale de incovoiere si compresiune sunt:

;   

;                       

;

;

.

Coeficientul de siguranta la incovoiere este:

;                               Figura 4.1.10. Bratul arborelui cotit

in care:

; ; ;

; ;          

unde ;  .

Verificarea fusurilor la presiune si incalzire:

Fusurile arborelui sunt supuse la frecare si uzura. Pentru a evita distrugerea peliculei de ulei dintre fus si cuzinet se limiteaza presiunea de contact maxima pe fus la o anumita valoare care depinde de tipul motorului.

Presiunea specifica maxima pa fusul maneton si pe fusul palier:

;

, unde: ; ;

unde ;

R_M=6,80 kN , R_L=3,88 kN , R_Mmax=10,12 kN , R_Lmax=8,03 kN - sunt calculate la Proiectul de Dinamica  Motoarelor cu Ardere Interna.

Presiunea specifica medie pe fusuri este:

;

;      unde ;

;

, unde: ;

Coeficientul de uzura este: ;

.

Unde este coeficientul ce ia in considerare oscilatia bielei, depinzand de si are valoarea .

Deoarece K_M si K_L<250 vom alege cuzineti pe baza de aliaj din bronz cu plumb.