1.DATE DE PROIECTARE

Motor cu aprindere prin comprimare

Putere nominala P = 103 kW

Turatia nominala n = 4000 rot/min

Numar cilindrii i = 4

Dispunerea cilidrilor: liniar

Cilindreea totala Vt =

Cursa pistonului S = 94 mm

Alezajul D = 78 mm

Presiunea maxima a gazelor

1968 cm3

91.51515*10⁵ N/m2

PROIECTAREA BLOCULUI MOTOR

La motoarele răcite cu lichid cilindrii sunt grupaţi în blocul cilindrilor care împreună cu carterul se constituie într-o singură piesă

Din punct de vedere structural blocul motorului indeplineste rolul de schelet al motorului, el servind la fixarea si amplasarea diverselor mecanisme si subansamble.

Alegem bloc motor cu camasi demontabile umede. Astfel vom folosi materiale mai bune pentru fabricarea camasilor demontabile, iar pentru bloc vom folosi o fonta maiieftina, Fc240. Blocul se va realiza prin turnare.

Blocul motor trebuie sa asigure conditiile de rigiditate impuse si sa asigure fixarea camasilor demontabile. Pentru marirea rigiditatii blocul motor se nervureaza la interior si la exterior. Un alt avantaj al nervurarii este ca

permite ca grosimea peretilor sa fie mai mica, pentru fonta peretii pot fi de 4..5 mm, scazand astfel masa blocului si masa toatala a motorului. Pentru o racire buna se prevede ca grosimea stratului lichidului de racire in jurul camasilor demontabile umede sa fie de 6 mm .]. Secţiunea camerei de răcire trebuie să ia în consideraţie faptul că viteza lichidului de răcire nu trebuie să depăşească 3,5 [m/s], pentru a nu antrena depunerile care pot

obtura canalele de circulaţie. Forma camerelor de răcire se adoptă în aşa fel încât să se elimine posib ilitatea de formare a pungilor de vapori.

Lagărele arborelui cotit se prevăd în pereţii transversali ai blocului şi sunt constituite din două părţi, separate printr-un plan care trece prin axa fusului palier şi este normal la pereţii transversali.

Lagărele arborelui cotit pot fi proiectate în două variante: lagăre suspendate şi lagăre rezemate. Motoarele de autovehicule sunt prevăzute cu lagăre din prima categorie.

Capacele lagărelor se centrează lateral în bloc , înălţimea de centrare fiind de 10 [mm], pentru blocul din fontă.

PROIECTAREA CHIULASEI

h=0.1*Dh=0.1*78 = 7,8mm grosimea peretelui de asezare pe blocul motorh1=6mm grosimea adoptata pentru ceilalti pereti

Avand in vedere ca motorul nostru este unul cu aprindere prin comprimare cu inhectie directa in camera de ardere si are o capacitate cilindrica mica ( motor de autoturism), ne rezulta ca vom folosi o chiulasa de tip monobloc. Acest tip de chiulasa are o constructie simpla deoarece la acest tip de motor camera de ardere este in piston, iar chiulasa este plata pe partea dinspe cilindrii.

Chiulasa motorului trebuie sa asigure suport pentru arborele cu came, pentru supape si sa asigure canale pentru ungere si spatii pentru lichidul de racire. Chiulasa trebuie sa aiba o circulatie buna a lichidului de racire prin ea (viteza de-a lungul peretilor a lichidului trebuie sa fie de minim 15 m/s ) deaorece aici se disipa cea mai multa caldura provenita de la ardere si de la gazele de evacuare. Chiulasa mai trebuie sa asgure o rugozitate cat mai mica pentru canalele de admisie si evacuare pentru a reduce pierderile gazodinamice.

Materialul folosit pentru fabricarea chiulasei este aluminiul sau fonta . In cazul nostru alegem o chiulasa de aluminiu. Pentru asigurarea rigiditatii, grosimea peretelui de asezare pe blocul motor trebuie sa fie 0,1 *D iar la ceilalti pereti de 6 mm.

Canalele de admisie trebuie să posede o geometrie şi un traseu care să asigure umplerea cât mai bună a cilindrilor cu încărcătură proaspătă, de asemenea să genereze şi să organizeze mişcarea

încărcăturii din cilindru.La proiectarea canalelor de admisie se ţine seama de reducerea pierderilor gazodinamice, aceasta realizându-se printr-o secţiune variabilă descrescătoare spre poarta supapei, iar raza de curbură spre poarta supapei se adoptă 0,5 din diametrul talerului supapei.La chiulasele

realizate din aliaje de aluminiu se prevăd în mod obligatoriu scaune de supapă din material termorezistent la ambele supape. Pentru proiectarea ghidului supapei de admisie şi evacuare trebuie să se respecte condiţia de ghidare şi de răcire a tijei supapei, în acest sens, lungimea

ghidului se adoptă de peste şapte ori mai mare decât valoarea diametrului tijei supapei.Cunoscând faptul că ghidul supapelor se montează prin presare, ajustajul adoptat se situează în

limitele (0,003…0,050)diametrul exterior al ghidului.

PROIECTAREA CILINDRULUI

Calculul cilindrului

Din calculul termic a rezulatat:

• valoarea alezajului:

D = 78 mm

91.51515 9.151515

Grosimea peretilor se adopta din conditii de rigiditate:

pentru MAC d= 0,07∙D mm

d = 0.07∙D= 5.5 mm

50

δ= 7 mm

Camasa umeda a cilindrului se verifica ca tensiunile sumare sa nu depaseasca valorile admisibile.

Tensiunea de intindere in sectiunea transversala

unde:

Se adopta ca solutie constructiva camasa de cilindru umeda cu perete de sprijin la partea superioara

• presiunea la sfarsitul arderii pg

pg= *105 N/m2 N/mm2

Dimensionarea peretelui cilindrului se poate realiza si din relatia tensiunilor in plan longitudinal.

Pentru constructia cilindrului se alege fonta cu σl = 38…59 [N/mm2]

Se adopta σl = N/mm2

pg - presiunea maxima a gazelor [N/mm2]

d=0,5⋅D⋅pg

sl

st=0 ,25⋅pg⋅Dmed

d

Dmed=D+D1

2

89 mm

83 mm

26.8

Tensiunea de incovoiere este data de relatia

W= 28156.13

4.2

unde: se adopta h= 40 mm

Din calculul dinamic:

2958.58 N

Tensiunea totala are urmatoarea expresie:

31

Pe unitatea de lungime actioneaza forta:

73117.29 N/mm

D1=2∙d+D=

Dmed=

σt= N/mm2

mm3

σi= N/mm2

• h - distanta din P.M.I pana la axa boltului [mm]

• N - forta normala pe peretele cilindrului [Nm]

• forta normala maxima pe peretele cilindrului Nmax este

Nmax=

σΣ = N/mm2

La proiectarea cilindrilor care se sprijina pe un guler la partea superioara, inaltimea H a gulerului camasii se considera desfasurata

si = ( N·h)max

W

W = p32

D14 - D4

D1

sS = st + si

F s=1 .3⋅π⋅Dm

2⋅Pgnax

4=

unde:

Alte dimnesiuni adoptate:

93 mm

99 mm

94 mm

88 mm

Momentul incovoietor care actioneaza in gulerul camasii este dat de relatia:

1047.144 Nmm

unde :

4 mm

7 mm

unde : 80 Mpa

Tensiunea egala pentru o portiune egala cu unitatea este:

• Fs - forta de strangere a camasii pe bloc si este egala cu forta ce actioneaza asupra suruburilor de chiulasa ale unui cilindru

• Dm diametrul mediu de etansare

• De - diametrul de etansare

• Dg - diametrul gulerului

• Ds - diametrul zonei de centrare

• Dm diametrul mediu de etansare

• y - reprezinta bratul dintre cele doua forte Fs care actioneaza asupra gulerului cilindrului:

Inaltimea gulerului cilindrului Hg:

σai=

De=D1+3 . .. 5 mm=

Dg=De+6 mm=

Dm=Dg+D

2=

F s=1 .3⋅π⋅Dm

2⋅Pgnax

4=

M i=F s⋅y

π⋅Dm

=

y=

Dg+Ds

2−Dm

2=

Ds=D e+1 mm=

σ i=6⋅F s⋅y

π⋅Dm⋅Hg2

=

Hg=√6⋅M i

1 .5⋅σ ai

=

120 Mpa

Elemente de etansare a cilindrilor

Garnitura de chiulasa

Etansarea fata de lichidul de racire

d = 4 mm Dimensiunile canalului de etansare:

b = 5.4 mm

Etansarea cilindrului la partea superioara fata de gazele arse se realizeaza cu garnitura de chiulasa iar fata de lichidul de racire în partea inferioara cu garnituri a caror forma depinde de solutia constructiva adoptata.

Se deformeaza sub efectul de strangere a chiulasei, in timpul arderii cand presiunea gazelor tinde să indeparteze chiulasa, materialul garniturii trebuie sa posede o elasticitate suficienta pentru a urmarii deplasarea chiulasei si, sa nu se compromita etansarea. Temperaturile inalte cu care vine în contact garnitura de chiulasa nu trebuie sa afecteze rezistenta si elasticitatea materialului.

In functie de materialul din care se confectioneaza garnitura de chiulasa acesta poate fi: metaloplastica, plastica sau metalica.

In cazul de fata ca solutie constructiva se alege pentru etansarea chiulasei cu blocul motor garnitura de chiulasa metaloplastica.

Garnitura metaloplastica este constituita dintr-o foaie de azbest armata cu o tesatura din fire metalice sau o placa (inima) din cupru sau otel cu continut scazut de carbon. Protectia garniturii contra gazelor arse se realizeaza prin bordurare cu tabla din cupru sau aluminiu. La unele garnituri se bordureaza si orificiile de trecere ale lichidului de racire.

Orificiile garniturii pentru circulatia uleiului si lichidului de racire se executa cu diametre mai mari cu 2…3 [mm] fata de cele din bloc sau chiulasa pentru a se elimina efectul de diafragma la curgerea acestora. Orificiile pentru suruburile (prezoanele) de chiulasa sunt cu 1…2 [mm] mai mari decat diametrul acestora.

Etansarea fata de lichidul de racire se realizeaza cu inele din cauciuc montate in canale executate în camasa.

Se alege inel O cu diametrul sectiuinii d:

• Latimea canalului b:

• Adancimea t:

σ i=6⋅F s⋅y

π⋅Dm⋅Hg2

=

t = 3.5 mm

PROIECTAREA PISTONULUI

Dimensiunile principale ale pistonului

1- camera de ardere2- capul3- bosajele pentru bolt4- fusta5- insertiile de otel sau fonta6- boltul7- sigurantele boltului8- segmentii

D- diametrul cilindrului

Din punct de vedere constructiv, ansamblul piston, are urmatatoarele elemente functionale:

Elementele dimensionale ale capului pistonului pentru motorul cu aprindere prin comprimare

Db- diametrul exterior al boltului

HN - distanţa de la generatoarea alezajului pentru bolţ la fundul pistonului

SB - grosimea capului pistonului

HM - înălţimea camerei de ardere din capul pistonului

Calculul pistonului

• Se alege piston cu cap prevazut cu o degajare de forma omega

70...90 HB la 423 [K] 30...40 HB la 523 [K]

Calculul pistonului la solicitari mecanice

• Pistonul se face din aliaj de Al pe baza de Si din grupa aliajelor eutectice.Marca aliajului: ATC Si12CuMgNi KS 1275 MAHLE 124

• Modulul de elasticitate: E=7500 [daN/mm2]• Duritatea Brinell: 90...120 HB la 293 [K]

• Rezistenta de rupere la tractiune: • la 293 K: 20...25 [daN/cm2] la 293 [K]

• la 423 K: 18...23 [daN/cm2] la 423[K]

• la 523 K: 10...15 [daN/cm2] la 523 [K]

• Rezistenta de rupere la oboseala: • la 293 K: 8...12 [daN/cm2] la 293 [K]

• la 573 K: 5 [daN/cm2] la 523 [K]

• Densitatea ρ = 2,68…2,70 [kg/dm3]

Calculul capului pistonului

H = 0,800...1.500∙D = 78 mm

se adopta : H = 78 mm

L = 0,500…1,000∙D = 54.6 mm

se adopta : L = 55 mm

54.6 mm

se adopta: 55 mm

h = 0,100…0,180∙D 7.8 mm

se adopta: h = 8 mm

hc = 0,045…0,550∙D= 3.9 mm

se adopta: 4 mm

δ = 0,140…0,170∙D 11.7 mm

Pistonul se schiteaza in raport cu solutiile constructive alese. Dimensiunile alese se adopta pe baza datelor statistice:

• Lungimea pistonului H

• Lungimea mantalei L

• Inaltimea de compresie ll

ll = 0,550…0,850∙D =

ll =

• Inaltimea de protectie a segmentului de foc h

• Grosimea flancului hc

hc =

• Grosimea capului δ

se adopta: 12 mm

b = 0,250…0,500∙D = 31.2 mm

se adopta: b = 31 mm

unde: di - diametrul interior al capului pistonului [m];

60 mm

42897722 428.9772

69 mm

t = grosimea radiala a segmentului 2…4mmt = 3 mm

1.3 mm

Calculul profilului pistonului:

δ =

• Distanta dintre bosajele alezajului boltului b

• Capul pistonului se verifica in ipoteza ca acesta este o placa circulara incastrata pe contur, de grosime constanta, incarcata cu o sarcina uniform distribuita, data de presiunea maxima a gazelor din cilindru:

σrl - unitar(σa=200…300 105 [N/m2] pentru aluminiu);

pgmax - presiunea maximă a gazelor din cilindrul motorului [N/m2].

se adopta di=

σrl= N/mm2 ∙105 N/m2

• Diametrul fundului segmentului d:

d = D - 2 ∙( jr + t ) =

jr = jocul radial al segmentului jr = 1,3 mm pt D < 100mm

jr =

• temperatura cilindrului :150……350 oC

srl=0 , 1875⋅( pgmax−1 )⋅d i

2

d2

250 523.2 K

250 523.2 K

• temperatura mediului ambiant (motor rece):

288 K

• coeficient de dilatare termica al materialului:

10.7

20

0.0025 mm

0.0015 mm

Jocurile diametrale in stare calda in zona superioara si inferioara

0.20 mm

0.12 mm

Diametrul pistonului la cald la partea superioara:

77.81 mm

Diametrul exterior al pistonului in stare rece la partea superioara si partea inferioara

77.64 mm

Tc = oC

• temperatura capului pistonului : 200….. 300 oC

Tp = oC

To =

• Camasii (fonta): αc = (10…12) ∙ 10-6 1/K

αc = ∙10-6 1/K

• Pistonului (Aluminiu): αp = (20,5…21,5) ∙ 10-6 1/K

αp = ∙10-6 1/K

Pentru asigurarea unei functionari normale a pistonului este necesar ca jocul relativ in stare calda, dintre piston si cilindru, sa fie in limitele urmatoare:

φ's = 0,002…0,003 în zona superioară a pistonului

φ's =

φ'i = 0,001…0,002 în zona inferioară a mantalei

φ'i =

Dp = D - Δ's =

Δs' =ϕ s

'⋅D=

Δi'=ϕi

'⋅D=

Dps=D⋅[1+αc⋅(T c−T0 ) ]−Δ' s

1+α p⋅(T p−T 0 )=

77.71 mm

Jocurile diametrale în stare rece în zona superioară şi inferioară

0.36 mm

0.29 mm

Calculul zonei port-segmenti

Valorile eforturilor uniotare se calculeaza astfel:

23 Mpa

unde:

• la forfecare

7 Mpa

unde: pg - presiunea maximapg = 9.151515 N/mm2

Umarul canalului pentru segment este supus la solicitari de incovoiere si forecare de catre forta de presiune a gazelor scapate prin interstitiul dintre piston si camasa cilindrului, care actioneaza asupra segmentuli

• la incovoiere

• Rp raza pistonului [mm]• r raza fundului pistonului [mm]

• Mi momentul incovoietor care solicita umarul canalului segmentului• Wz modulul de rezistenta la incovoiere

σ i=M i

W z

=2 ,28⋅pgmax⋅(R p−r

hc)2

=

τ f=0 , 76⋅pg⋅π⋅(R p

2−r2)π⋅( Rp

2−r2 )=0 ,76⋅pg=

Dps=D⋅[1+αc⋅(T c−T0 ) ]−Δ' s

1+α p⋅(T p−T 0 )=

Dpi=D⋅[1+α c⋅(T c−T 0 ) ]−Δ'i

1+α p⋅(T p−T 0 )=

Δs=D−Dps=

Δi=D−D pi=

27 Mpa

Ea se verifica la compresie:

445

unde :

978

69.342388 mm

unde :

l = 32 mm

0.7

68.057069 mm

unde :

l' = 16 mm

• efortul unitar echivalent:

σech = 14.4 Mpa < σecha=45 Mpa

In regiunea port-segment , sectiunea A-A, din dreptul segmentului de ungere este redusa din cauza orificiilor pentru evacuarea uleiului.

∙105 N/m2

AA - aria sectiunii reduse

AA = mm2

σc = 427∙105 [N/m2] < σac = 200…450∙105 [N/m2]

Cunoscandu-se coeficientul de dilatare termica al materialului pistonului, modulul de elasticitate si alti factori, se poate calcula grosimea peretelui pistonului in zona port-segment, respectiv diametrele.

l = distanta de la fundul pistonului la generatoarea alezajului boltului [mm].

pme = presiunea medie efectiva

pme = N/mm2

• Pentru partea inferioara a zonei port-segmenti

l' = distanta de la planul care delimiteaza zona port-segment si generatoarea alezajului pentru bolt [mm].

pme = presiunea medie efectiva

σ ech=√σ i2+4⋅τ2=

σ c=pgmax⋅π⋅Dp

2

4⋅A A

=

d1=√d2−(0 ,02135⋅Dp

2

l⋅pme)2

=

d2=√d2−(0 ,0513⋅Dp

2

l' ⋅pme)2

=

0.7

Calculul mantalei pistonului

0.322832

unde:

Nmax = 2958.58 N

55 mm

13443.74

- in planul axei boltului

69.376408 mm

unde :

50 mm

pme = N/mm2

Presiunea specifica pe mantaua pistonului pentru a preveni intreruperea pelicului de ulei, nu trebuie să depaseasca o anumita valoare determinata conventional:

N/mm2

• Nmax - forta normala care actioneaza intr-un plan perpendicular pe axa boltului [N]

LN - lungimea mantalei [m]

LN =

• Aev - aria suprafetei proiectata pe un plan normal pe axa boltului [m2]

mm2

Grosimea peretelui mantalei respectiv diametrele interioare se determina cu urmatoarele relatii:

l1 = distanta de la partea inferioara a pistonului la axa boltului [mm];

l1 =

Np

ev LD

A2

2

psm=N max

D p⋅LN−Aev

=

d3=√d2−(0 ,02135⋅Dp

2

l1

⋅pme)2

=

0.7

- la partea de jos a mantalei

69.384068 mm

unde :

22 mm

0.7

Calculul jocurilor segmentului in canal

4.1

unde:K = 0.08

6.5

0.060 mm

0.019 mm

0.028 mm

pme = presiunea medie efectiva

pme = N/mm2

l1' = distanta de la partea inferioara a pistonului la axa boltului [mm];

l1' =

pme = presiunea medie efectiva

pme = N/mm2

Grosimea segmentului, b:

• K - constanta

• pgmax - presiunea maxima din cilindru [daN/mm2]

• σa - efortul unitar admisibil, σa = 5,5…6,5 [daN/mm2]

σa = [daN/mm2]

Distanta dintre segment si umarul de piston ja:

ja1 =

ja2 =

ja3 =

d 4=√d2−(0 ,00772⋅D p

2

l1' ⋅pme)

2

=

b=Dp

2⋅√K⋅

pgmax

100⋅√ 1

σ a

=

ja=f⋅tb⋅α⋅T⋅D p

unde :

0.075 [mm] pt segmentul de foc

0.028 [mm] pt ceilalti segmenti de compresie

0.046 [mm] pentru segemtii de ungere

t = 3 mm

b = 3 mm

T = 240 C 513.2 K

T = 155 C 428.2 K

T = 120 C 393.2 K

1.3 mm

• f-constanta

f1 =

f2 =

f3 =

• t - grosimea radiala a segmentului [mm]

• b - grosimea axiala a segmentului [mm]

• αAl - coeficientul de dilatare pentru materialul pistonului [1/K]

• T temperatura segmentului de foc [K]

• T temperatura segmentului de compresie [K]

• T temperatura segmentului de ungere [K]

Distanta radiala dintre segment si peretele canalului jr :

jr = jocul radial al segmentului jr = 1,3 mm pt D < 100mm

jr =