Tema de proiect

Sa se proiecteze un motor in patru timpi cu aprindere prin compresie si supraalimentat folosit in tractiune feroviara. Motorul este in linie.

Se da:

puterea efectiva:                            P_e=250 Kw

turatia maxima: n=2200 rot/min

raportul de compresie:                  e

presiunea de supraalimentare: p_s=1.8 bar

numarul de cilindri:                        i=6

1.Calculul proceselor termice

1.1Calculul proceselor

1.1.1Calculul admisiei

T₀=298 K

p_s=0.18 MPa

m=1.6    m=1,41,8

DT_r=65 K      DT_r=2090⁰C

p₀=0.1 MPa

Folosim turbosuflanta

p_g=0.73p_s=0,131 MPa                  p_g=(0,70,9)p_s

p_a=0,93p_s=0,169 MPa                  p_a=(0,910,985)p_s

DT=10⁰C      DT=510^oC

k=1.4

       

h_v=0,750,92 pentru motoare rapide.

T_g=850 K Tg=600900 K

                       g

      T_a=330400 K

1.1.2.Comprimarea

m_c=1,35 m_c=1,351,38

p_c=4,09,0 MPa

T_c=8001200 K

1.1.3.Arderea

c=0,857      h=0,133 o=0,01

x_z x_z pentru motoarele ci ID

l l pentru motoarele cu IDV

N₀=lL_t=0,845

T₁=800 K                                                             T₂=900K

U_aer1=17209 Kj/Kmol U_aer2=19594 Kj/Kmol

U_CO21=25524 Kj/Kmol         U_CO22=29906 Kj/Kmol

U_H2O1=21331 Kj/Kmol          U_K2O2=24436 Kj/Kmol

U_O21=17816 Kj/Kmol            U_O22=20389 Kj/Kmol

U_N21=17050 Kj/Kmol                                               U_N22=19385 Kj/Kmol

U_g=U_aerr_CO2+U_H2Or_H2O+U_O2r_O2+U_N2r_N2=1,842Z10⁴ Kj/Kmol

R_m=8,314 Kj/Kmol

l_p l_p=1,6 . 2,5 pentru IDV

Q=4.186Z10⁴ Kj/Kg

T_z1=2000 K                                                  T_z2=2100 K

I_CO21=100904 Kj/Kmol I_CO22=106985 Kj/Kmol

I_H2O1=82846 Kj/Kmol I_H2O2=88019 Kj/Kmol

I_O21=67776 Kj/Kmol   I_O22=74079 Kj/Kmol

I_N21=64796 Kj/Kmol   I_N22=68400 Kj/Kmol

I_z1=I_CO21r_CO2+I_H2O1r_H2O+I_O21r_O2+I_N21r_N2=6,935Z10⁴ Kj/Kmol

I_z2=I_CO22r_CO2+I_H2O2r_H2O+I_O22r_O2+I_N22r_N2=7,35Z10⁴ Kj/Kmol

T_z=1800 . 2800 K

p_z=l_pp_c=13,351 MPa

p_z=6,0 . 12,5 MPa dar pentru motoare supraalimentate p_z 20 MPa

1.1.4.Calculul destinderii

           r>1

m_d=1,27   m_d=1,201,30

        p_b=0,256,0 MPa

          T_b=10001200 K

1.2.Calculul presiunii medii efective

2.2.1.Calculul presiuni medii indicate

j_p j_p

h_d h_d

             p_i=0,954,2 MPa

2.2.2.Presiunea medie efectiva

h_m h_m

p_e=h_mp_i=1,173 MPa                   p_e=0,833,5 MPa

1.3.Stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului

y y

S=yD=156,794 mm

V_t=iV_s=11,625 dm³

1.4.Calculul indicilor tehnico economici

- indicati

H_i=Q

h_i

- efectivi

h_e h_mh_i h_e

      c_e=200700 g/Kwh

Aproximam

2.Calculul dinamic, diagrama fortelor si momentului motor

2.1.Stabilirea tipului de mecanism

biela-manivela

normal si axat

2.2.Deteminarea dimensiunile principale ale mecanismului

- raza manivelei

- lungimea bielei

2.3.Stfbilirea maselor in miscare

- masa grupului piston

                       r_p=1,21,4 pentru ID

m'=r_pD²Z100^-3=2,441 Kg

m_gp=1.3m'=3,174 Kg                       m_gp=(1,21,5)m_p

- masa bielei

- masa pieselor cu miscare de translatie

m_tr=m_gp+0,275m_bZ10^-3=4,422 Kg

                        

2.4.Calculul fortelor si momentelor care actioneaza asupra mecanismului motor

Calculele fortelor si momentelor care actioneaza asupra mecanismului motor de afla in tabelele de la sfarsitul proiectului.

In acest tabel coloanele sunt calculate cu formulelor:

coloana 0 - unghiul in grade de la 0 la 720 din 10 in 10 grade

coloana 1 - presiunea in MPa citita din grafic din 10 in 10 grade

distanta

coloana 2 - este p-p_c=(1)-0,1 in MPa

coloana 3 - unde D se introduce in [mm]

coloana 4 - din literatura de specialitate

coloana 5 -

unde m_tr se introduce in [Kg] si R in [m]

in [rad/s]

coloana 6 - F=F_g-F_t=(3)+(5)

coloana 7 - din literatura de specialitate

coloana 8 - N=FZtg b Z

coloana 9 - din literatura de specialitate

coloana 10 -

coloana 11 - din literatura de specialitate

coloana 12 -

coloana 13 - din literatura de specialitate

coloana 14 -

coloana 15 - M=TZR=(14)ZR[m]

3.Calculul pistonului

3.1.Capul pistonului

H₁=0,152ZD mm H₁=(0.1-0.18)ZD

L=1,16ZD        mm L=(0,8-1.5)ZD

L_m=0,816ZD mm L_m=(0,5-1,0)ZD

d ZD=20 mm d ZD

H₂=0,048ZD=6      mm H₂=(0,045-0,055)ZD

H=2 mm H=1,5-3,5

d=0,352ZD=44      mm d=(0,32-0,42)ZD

d_s ZD=10       mm d_s ZD

A=0,05ZD=6,25 mm A=(0,042-0,052)ZD

a_su=7 mm a_su=4-8 mm

d_u=1,5909Zd=70 mm d_u=(1,4-1,7

H_u=6 mm H_u=5-8 mm

A_u=6 mm A_u=4-8 mm

d_m ZD=6 mm d_m ZD

a_p Z K^-1 a_p Z K^-1

T_cil=388 K T_cil=387-395 K

la motoarele racite cu aer

T_c=573 K T_c=525-625 K

temperatura pistonului la cap

T_m=373 K T_m=353-433 K

temperatura pistonului la baza

mantalei

a_cil Z K^-1 a_cil Z K^-1

D ZD=0,375 mm D ZD

D'_m=0,0008ZD=0,1 mm D'_m=(0,0003-0,0013)ZD

Diametrul capului pistonului se determina cu relatia:

Eseu: Tehnica auditului energetic pentru cladiri Proiect: Condensul - ce putem face pentru a micsora riscul aparitiei condensului?

Diametrul pistonului la baza mantalei se determina cu relatia:

3.2.Verificarea pistonului

3.2.1.Verificarea capului pistonului

D_i=D-2Zd_s ZA=92,5 mm

s_max=3040 MPa

(60 MPa la pistoanele nervurate)

3.2.2.Regiunea port secmenti

la comprimare

a'_su=0,9        a'_su=0,81,3

A_su=a_su-a'_su=7,9 mm

D_su=D-2ZA_su=109,2 mm

n=4     n= numarul de gauri

d_su=2

l'=25  mm L'=40 mm l' si L' pentru nervuri

s_n=2Zl'ZL'=2Z10³ mm²

      s_a=3040 MPa

la smulgere

s_a MPa

3.3.3.Mantaua pistonului

Presiunea pe manta

N_max=9843,493 N din graficul lui N

3.3.4.Verificarea umerilor

4.Boltul

4.1.Stabilirea formei constructive si a materialului

Aleg otelelul aliat: 15Cr9 cu rezistenta la rupere minim s_r=685 N/mm²

4.2.Predimensionare

l=0,848ZD=106 mm l=(0,80,87)ZD

c c

b=0,38ZD=45,5 mm b=(0,340,42)ZD

j=1,5  mm j=12 mm

B=b+2Zj=50,5 mm

l=2Za+2Zj+b=106 mm

4.3.Verificarea presiunii maxime in umeri pistonului si piciorul bielei

p_c=0,1 MPa

a=45  mm

b=90  mm

4.4.Verificarea la rezistenta

aleg otelul aliat: 15 Cr 9 cu s_r=685 min

s_r<700 MPa atunci s Zs_r MPa

b_s

e_s

g g=1,11,5 calit CFI

incovoieri

s_{i max} 120150 MPa (OL)

250500 MPa (otel aliat)

g=1,11,5 calit CFI

g=1,52,5 cementat + calit

b) ovalizare

k=[1,5-1,5Z c

c) forfecare

t_max 80120 MPa pt. OLC

150220 MPa pt. otel aliat

4.5.Verificarea deformatiei (de ovalizare)

E=2.1Z10⁵ N/mm²

D Zd=0,044 mm

D Zd=0,22 mm

D Zd=0,132 mm

D Zd

4.6. Calculul boltului (strangerii) la rece in umerii pistonului si a temperaturi la montaj

T_b=425 K

T_p=450 K      T_p=425475 K

T_o=300 K

a_b Z10^-6 K^-1    a_b Z10^-6 K^-1

T_pm=355395 K

5.Secmentii

5.1.Materialul si tehnologia

Segmentii sunt facuti din fonta IKA

5.2.Calculul segmentului la comprimare

5.2.1.Stabilirii legii de distributie a presiunii

p_Ey=p_EZ Sn_nZcos(nZy

unde: n n n_n=0; pentru n

p_E=(0,10,3) MPa

p_E=0.11 MPa

Legea de distributie a presiunii e segment este prezentata in fig.5

5.2.2.Calculul grosimii radiale

m=0,5 pentru procedeul de montare Ghintburg

E=15Z10⁴ N/mm²

K=18

s_a

d

Din graficul de la figura 6 scoatem valoarea lui d=25 si abtinem

5.2.3.Stabilirea inaltimii h

h=1,5   h=1,54 (D=30200 mm)

5.2.4.Calculul rostului de dilatare (s)

a)     jocul in stare libera

c=0,1625

b)     jocul in stare montata la cald

s'=0,002ZD=0,25 mm

s'=(0,00150,003)ZD

c)      jocul in stare montata la cald

a_s a_cu a_s a_s a_cil=10^-5 K^-1

T_s=500 K T_s=500540 K

T_cil=930 K T_cil=385395 K

5.2.5.Jocul segmentului in canale

a)     axial: h'=0,04

b)     fradial: a'=1,3

6.Biela

6.1. Stabilirea solutiei constructive si a materialului

folosesc otel aliat:

biela se va face prin matritare

6.2. Calculul piciorului bielei

6.2.1. Predimensionare

d_e=1,5Zd=66 mm d_e=(1,3-1,7)Zd

d_i=1,1364Zd=50,002 mm

d_i=(1,1-1,5)Zd=d+2Zh_b; h_b=310

h_b=3

d'_i=d+2Zh_b=50         adoptam d_i=50

L_p=0,5303Zd_e=35; L_p=(0,460,60)Zd_e

y=20^o y=2050^o

6.2.2. Eforturile unitare produse de forta care intinde biela

n=2200 rot/min

F_i=m_gpZRZ w Z L Z10⁴ N

j_o=110^o

N₀=10^-4ZF_iZ Zj^o Z10³ N

M₀=10^-4ZF_iZrZ Zj^o Z10³ N

6.2.3.Eforturile unitare produse de forta care comprima biela

6.2.4.Eforturi unitare de fretaj

s₀=6      s_o=48 mm

T₀⁼³⁰⁰

m=0,3 coeficientul lui Poisson

a_b Z10^-5 K^-1         a=10^-5 K^-1

6.2.5.Cpeficienti de siguranta la oboseala

s_i s_c

s_max s_i s_f=45,02 MPa

s_min s_c s_f=-7,068 MPa

s =360 s =350370 N/mm² otela aliat

b_s

s Zs =576 MPa

6.2.6.Verificarea la deformatii

6.3.Calculul corpului bielei

6.3.1.Predimensionare

d_m=0,6ZD=75 mm             d_m=(0,560,80)ZD

r_m Zd_m=6 mm            r_m Zd_m

>1,53,0 mm

l_m=0,6Zd_m=45 mm l_m=(0,50,7)Zd_m

h_cu=0,08Zd_m=6 mm           h_cu=(0,060,10)Zd_m

d_c=d_m+2Zh_cu=87 mm

b_c=l_m-2Zr_m=33 mm

Biela este taiata la 45⁰

y'=40^o y'=4050^o

j_c=90+40=135^o

L_c=1,33333ZL_p=52 mm

6.3.2.Verificarea de rezistenta

n=2200 rot/min

n_max=1,04Zn=2,288Z10³ rot/min

r=7,85 g/cm²

m_A=0,725Zm_b=3,292Z10³g

F_ic=[[m_tr(1+L Z10³+m_A-m_c]ZRZ Zw _max Z Z10⁴ N

A_c=b_cZh_c=942,207 mm²

N_o=F_icZ Zf_c Z Z10⁴ N

6.3.2.Verificarea la deformatii

y_c=40^o

6.4.Calculul suruburilor de biela

6.4.1.Dimensionare

z=2 nr.de suruburi

F₀=2ZF_s=2,32Z10⁴ N F_o=(23)ZF_s

F'_s=0,2ZF_s=2,32Z10³ N       F'_s=(0,150,25)ZF_s

F_S=F₀+F'_s=2,552Z10⁴ N

c=2,5 c=2,54,0

s_c=825 N/mm

aleg  M11 => d_s=9.376 h_c=28,552 d_s<h_c

d₀=9 mm

6.4.2.Verificarea la oboseala a portiunii filetate

s =360 MPa      s =350370 N/mm²

b_s b_s

e_s e_s

g g

y_s

               

6.4.3.Verivicarea portiuni ne filetate (netede sau lise)

s =360 MPa      s =350370 N/mm²

b_s b_s

e_s e_s

g g

y_s

               

6.5.Calculul corpului bielei

6.5.1.Predimensionare

B₁=L₁=7,583 mm

L₂=L-2ZL₁=30,333 mm

Aria sectiunii medii

A_M=B₁ZL₂+2ZBZL₁=747,59 mm²

Aria sectiunii maxime sub picior

A_m=A_M-B₁Z(L-L_p)=698,299 mm²

Momentul de inertie in raport cu z

Momentul de inertie in raport cu y

6.5.2.Verificarea sectiunii minime

s_max>s_a=120180 N/mm² pentru otel aliat deci voi alege otelul 20 TiMnCr 12 cu s_r min 980 N/mm²

b_s g

e_s=0,81 din grafic

6.5.3.Verificarea sectiunii medii

F_iA=m_AZRZ Zw Z L Z Z10⁴ N

l=314 mm lungimea bielei

c=0,0003

k_y,z=1,11,2

7.Arborele cotit

7.1.Materiale si tehnologia de fabricatie

Folosesc OLC 35 cu urmatoarele caracteristici:

s_r=630700 N/mm²

aled s_r N/mm² s Zs_r MPa

Arborele este obtinut prin turnare si prelucrari unde este cazul.

7.2.Predimensionare

d_mi=0,46667Zd_m=35 mm                 d_mi=(0,450,6)Zd_m

b=0,4ZD=50 mm                             b=(0,20,45)ZD

d_p=0,8ZD=100 mm                          d_p=(0,60,9)ZD<h

h=0,92ZD=115 mm                         h=(0,851,6)ZD

l=1,4ZD=175 mm                             l=(1,1-1,5)ZD

l_p=l-l_m-2Zb=30 mm

7.3.Stabilirea elementelor de calcul

a)     Proiectarea contragreutatilor

r=7,85 g/cm³ n=2200 rot/min

F_A=m_AZRZ Zw Z Z10⁴ N

F_m=m_mZRZ Zw Z Z10³ N

R₁=45 mm

b_p=35 mm

x₃=R=78,5 mm

F_b=rZ(V_IZx₁+V_IIZx₂+V_IIIZx₃)Zw Z Z10⁵ N

F_r=F_A+F_m+2ZF_b=1,294Z10⁶ N

L'=60 mm; L=314 mm

L' la piston

L - lungimea bielei

L-(L'+R)=175,5 mm

R_2max=174 mm < L-(L'+R)

B=2ZR₂Zsin(y)=155,033 mm

7.4.Verificarea bratelor a fusului la incalzire si presiunea maxima

l_pf=l_m-2Zr_m=33 mm

R_mmax=117861,6 N

R_mmed=26810,63 N

p_a=2042 MPa

e_p=1 pentru L

                k_fa=75130

7.5.Verificarea la rezistenta

a)     Fusul palier

Cel mai incarcat este palierul 5

M_tmax=3872819 Nmm

M_tmin=-1233890 Nmm

b_Ts

q=0,8 ptr. OLC q=0,60,8

b_s=1+qZ b_Ts

b_t Zb_s b_t Zb_s

t Zs_r=189 MPa

t Zt =359,1 MPa

b)     Primul fus maneton

M_max=3097839 Nmm

M_min=-849255 Nmm

c)      In punctul A

Z=128126,9 N

W_i=2ZW_m=1,578Z10⁵ mm³

d)     in punctul B

R_j=50511,9 N

r=7,85 g/cm³

F_cg=-m_cgZr_cgZw Z Z10⁴ N

Z_max=128126,9 N

Z_min=-22651,2 N

b_sref b_se

b_sh b _rs x_s

b_sd b_ss x_sZ b _ss

b_sL

b_s b_srefZb_shZb_sdZb_seZb_ssZb_sL

e_s

g g=1,21,4 pentru fusuri calite cuCIF

y_s y_s

c_b

T_max=39462,92 N

T_min=-10818,5 N      

b_tref b_te

b_th b_ts

b_tb

b_t b_trefZb_teZb_thZb_teZb_ts

e_t y_t y_t