Home - qdidactic.com
Didactica si proiecte didacticeBani si dezvoltarea cariereiStiinta  si proiecte tehniceIstorie si biografiiSanatate si medicinaDezvoltare personala
referate stiintaSa fii al doilea inseamna sa fii primul care pierde - Ayrton Senna





Aeronautica Comunicatii Drept Informatica Nutritie Sociologie
Tehnica mecanica




Tehnica mecanica


Qdidactic » stiinta & tehnica » tehnica mecanica
Biela



Biela


Biela


1. Constructia bielei


Biela face legatura intre piston si arborele cotit, avand si rolul de a transmite forta de presiune dezvoltata prin arderea combustibilului.

Biela are trei parti componente (fig. 1):

Figura 1


1) piciorul bielei - se articuleaza cu pistonul prin intermediul boltului

2) capul bielei - se articuleaza cu fusul maneton al arborelui cotit

3) corpul bielei - este partea centrala, care face legatura intre piciorul bielei si capul bielei.


Figura 2



Biela este supusa alternativ la solicitari de intindere si compresiune. La motoarele supraalimentate solicitarea de compresiune este mai mare decat cea de intindere. De aceea este necesar sa se acorde o mare atentie solicitarii de flambaj.

Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei pentru motoarele de autoturisme este:

L=r/l=0,28 0,33 , cu valori mai mici pentru m.a.c.





2. Calculul bielei



2.1Calculul piciorului bielei

Piciorul bielei are o forma tubulara (fig.3). Dimensiunile caracteristice ale piciorului sunt prezentate in figura

Figura 3


unde: - deb =37 [mm] – diametrul exterior al boltului

- dip =43[mm] – diametrul interior al piciorului bielei (daca boltul este fix dip=deb deoarece nu mai este necesara montarea bucsei in piciorul bielei)

- dep =54[mm] – diametrul exterior al piciorului bielei

- hb =0,082*37=3[mm] – grosimea radiala a bucsei

- hp =0,15*37=5,5[mm] – grosimea radiala

Se observa ca :

dip=deb+2hb=37+2*3=43

dep=dip+2hp =43+2*5,5=54

Este recomandabil ca dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei sa se incadreze in limitele precizate in tab 1.


Tabelul 1

Dimensiunea

Autoturisme

Vehicule comerciale

hb

(0,0750,085)deb

(0,08.0,085)deb

de

(1,3.1,6) deb

(1,35..1,75)deb

hp

(0,180,25) deb

(0,15.0,2)deb


Piciorul bielei este supus la urmatoarele solicitari:

1.Solicitare la intindere

Forta de inertie maxima FAgpmax care actioneaza asupra piciorului bielei este data numai de masa grupului piston si are valoarea maxima:

Ft=FAgpmax=10-3.mgp.r.ω2.(1+L)=1,764*0,0475*345*1,27=12665    [N]

unde:

- mgp[kg] – masa grupului piston (a fost adoptata la studiul dinamic al         mecanismului biela-manivela)

- r=S/2 [mm] – raza de manivela

- ω=p n/30 [rad/s] – viteza unghiulara a arborelui cotit

- L=r/l – unde l [mm] lungimea bielei (distanta dintre axa boltului si axa fusului maneton)

Calculul de verificare a piciorului la solicitarea de intindere se face pe baza urmatoarele ipoteze:

-piciorul bielei este o grinda curba incastrata in sectiunea de racordare (A-A) a acesteia cu corpul (fig 4)

Figura 4


Unghiul de incastrare jA are valori:

jA=90 130=110

Momentul incovoietor Mtj si forta normala Ntj produse de forta de intindere Ft intr-o sectiune oarecare precizata de unghiul j daca 900<j jA

[N]

[Nm]

unde: - Mt0 [Nm] – momentul incovoietor in sectiunea B-B (vezi fig. 4) dat de forta de intindere Ft

- Nt0 [N] – forta normala in sectiunea B-B (vezi fig. 4) data de forta de intindere Ft

- rm [mm] – raza medie a piciorului bielei

rm=(dep+dip)/4=(54+43)/4=24 [mm]

Calculul momentului si fortei normale in sectiunea B-B (fig. 4) se face in ipoteza ca in urma solicitarii unghiului nu se modifica, iar deplasarea fibrei medii pe directie normala (directia fortei Nt0) este nula din motive de simetrie.


[Nm]                             [N]


Se noteaza cu fractiunea din forta normala preluata de picior si rezulta:


unde: - Ntpj [N] – fractiunea din forta normala Ntj preluata de piciorul bielei

- Ntbj [N] – fractiunea din forta normala Ntj preluata de bucsa

- Ep [MPa] – modulul de elasticitate pentru materialul piciorului (otel sau fonta)

- Ap [mm2] – aria sectiunii transversale a piciorului

[mm2]

- Eb [MPa] – modulul de elasticitate pentru materialul bucsei (bronz)

- Ab [mm2] – aria sectiunii transversale a bucsei

[mm2]

Valorile modulelor de elasticitate sunt urmatoarele:

EOL=2,1*105 [MPa] pentru otel

EFt=(0,85 1,5)*105 [MPa] pentru fonta

EBz=1,15*105 [MPa] pentru bronz


Tensiunea determinata de forta Ft in fibra exterioara , respectiv in cea interioara , a sectiunii de incastrare rezulta:

[MPa]

   [MPa]

unde: - [Nm] si [N] - momentul incovoietor si forta normala in sectiunea de incastrare, se calculeaza cu relatiile in care se inlocuieste j cu valoarea unghiului de incastrare jA adoptata.

2. Solicitarea de compresiune

Fc=Fpmax-FAgpmax =53830-12665=41165 [N]

[N]

FAgpmax=mgp*r*ω2*(1+L)=1,764*0,0475*345*1,27=12665 [N]

- forta de compresiune este distribuita sinusoidal pe jumatatea inferioara a piciorului bielei (fig. 5).

Figura 5


Momentul incovoietor Mc0 si forta normala Nc0 in sectiunea B-B (vezi fig.5) se determina cu relatiile:

Mc0=10-3*a1*Fc*rm =10*0,25*41165*0,024=0,24 [Nm]

Nc0=10-3.rm*Fc =10*0,9*41165=37 [N]                                  

unde: - a1 si a2 sunt date in tabelul 2 in functie de jA

Tabelul 2


jA










a1










a2











Expresiile generale pentru determinarea momentului incovoietor Mcj si a fortei normale Ncj determinate de forta de compresiune intr-o sectiune oarecare precizata de unghiul j jI jA] sunt:


[Nm] [N]

Tensiunea in fibra exterioara cej, respectiv in cea interioara cij, determinata de forta de compresiune intr-o sectiune oarecare precizata de unghiul j este:

      [MPa]

                         [MPa]

3.Solicitarea de fretare

Diametrul exterior al bucsei va creste in timpul functionarii cu valoarea:

Δdbb*db*(t-t0)= 18*10-6 *43*105=0,081     [mm]

(diametrul exterior al bucsei este egal cu diametrul interior al piciorului bielei db=dip=43

iar cel interior al piciorului cu valoarea:

Δdip*dip*(t-t0)= 10,1*10-6 *43*105=0,045 [mm]

- αb [grd-1] – coeficientul de dilatare termica liniara pentru materialul bucsei

αb= αBz=18*10-6 [grd-1] pentru bronz (materialul bucsei)

- αp [grd-1] – coeficientul de dilatare termica liniara pentru materialul piciorului bielei

αp= αOL=10,1*10-6 [grd-1] pentru otel

- t, t0 =125, 20 [0C] – temperatura piciorului bielei (egala cu temperatura bucsei) in timpul functionarii, respectiv temperatura mediului ambiant

Jumatatea diferentei dintre cele doua cresteri se numeste strangere termica St:

[mm] Temperatura piciorului in timpul functionarii motorului variaza in intervalul [3]:

t=100 150  0C

Strangerea la montaj este cuprinsa in intervalul :

S0=0,004 0,008 =0,006 mm

Strangerea totala care determina solicitarea de fretare este:

S=S0+S=0,006+0,017=0,023

Presiunea de fretaj pf se va calcula cu relatia:

[MPa]


Tensiunea produsa de solicitarea de fretaj in fibra exterioara , respectiv in cea interioara pe directie tangentiala, se determina inlocuind pe r cu re, respectiv cu ri.

re=dep/2=54/2=27

ri=dip/2=43/2=21,5

de unde rezulta:

[MPa]                  

[MPa]


Solicitarea de oboseala

Tensiunea maxima in fibra exterioara a sectiunii de incastrare este:

[MPa]                               

iar cea minima:

[MPa]                

Coeficientul de siguranta la oboseala pentru piciorul bielei se calculeza prin metoda Serensen:

                    

unde: - [MPa] – tensiunea medie

- [MPa] – amplitudinea tensiunii

- -1t [MPa] – rezistenta la oboseala a ciclului simetric pentru solicitarea de intindere compresiune

-1t=0,315.r [MPa] pentru otel (r [MPa] – rezistenta la rupere a materialului respectiv

r=1080 1270=1100 MPa pentru otel aliat


- bk=1 – coeficientul efectiv de concentrare a tensiunilor

- g - coeficient de calitate a suprafetei (fig. 6)


Figura 6

Curbele din figura 12 sunt pentru:

1 – epruveta lustruita cu rugozitatea medie a suprafetei 0 . 1 mm;

2 – suprafata slefuita cu rugozitatea medie 2 . 5 mm;

3 – suprafata finisata prin strunjire cu rugozitatea medie 6 mm;

4 – suprafata rezultata prin strunjire de degrosare cu rugozitatea medie 10 40 mm;

5 – piese cu concentrator inelar de tensiune;

6 – suprafata laminata, cu crusta;

7 – suprafata corodata in apa dulce;

8 – suprafata corodata in apa sarata;

- ε – factorul dimensional (fig. 7)

Figura 7


Curbele din figura 13 se refera la:

1 - otel carbon fara concentratori de tensiune;

2 - otel aliat fara concentratori de tensiune si otel carbon cu concentratori moderati;

3 - otel aliat cu concentratori moderati;

4 - otel aliat cu concentratori puternici;

- ψ 2-1-0)/

0 1,6 . 1,8).

σ0 [MPa – rezistenta la oboseala pentru ciclul pulsator

Valori admisibile pentru coeficientul de siguranta la oboseala

ca=2,5 5

5. Calculul deformatiei maxime a piciorului

Deformatia piciorului se produce sub actiunea fortei de intindere Ft.

[mm]

unde:

- [mm4] -momentul de inertie al piciorului bielei



1.Calculul in sectiunea minima

Forta de intindere in sectiunea medie este egala cu forta maxima de inertie a masei grupului piston:

Ft1=mgp*r.ω2*(1+L) =1,764*0,0475*345*1,27=12665    [N]

Tensiunea de intindere in sectiunea minima este:

[MPa]

unde: - A1=Bp.Hp-bp.hp [mm2] – aria sectiunii transversale 1-1

Forta de compresiune in sectiunea minima este cea de la calculul piciorului si se determina cu relatia:

[N]

Aceasta forta de compresiune produce si efectul de flambaj al corpului bielei. Corpul bielei flambeaza in doua planuri:

-o-o-planul de oscilatie a bielei

-i-i- planul de incastrare a bielei

Lungimea de flambaj in planul de oscilatie l0 (fig. 8a) este egala cu lungimea l a bielei si este mai mica decat aceasta in planul de incastrare li (fig. 8b).


Figura 8


In planul de oscilatie o-o lungimea de flambaj este egala cu lungimea bielei:

l0=l=

Lungimea de flambaj in planul de incastrare:

li=(0,62 0,67) l=0,62*169=104 pentru m.a.c.

Tensiunea cumulata de compresiune si flambaj in planul de oscilatie , respectiv in planul de incastrare , se determina pe baza formulelor Navier-Rankine cu relatiile:

[MPa]

      [MPa]

unde: - K01 si Ki1 sunt coeficienti supraunitari care iau in considerare efectul suplimentar al solicitarii de flambaj

                   

unde: - [mm4] – momentul de inertie al sectiunii 1-1 fata de planulde incastrare i-i

[mm4]

-

σe – limita de elasticitate a materialului bielei

σe=340 390 MPa pentru otel carbon

- E [MPa] – modulul de elasticitate pentru materialul bielei (vezi calculul piciorului bielei)

                      

unde: - [mm4] – momentul de inertie al sectiunii 1-1 fata de planul de oscilatie o-o

    [mm4]

Se pune conditia:

<

=160 250 MPa pentru oteluri carbon

Tensiunea maxima din corpul bielei in sectiunea minima 1-1 este:

     [MPa]

iar cea minima

         [MPa]

Pe baza metodei Serensen se calculeaza coeficientul de siguranta la oboseala pentru corpul bielei:

                       

unde: - σ-1t [MPa] si ψ au fost adoptate la calculul piciorului bielei

- bk=1 – coeficientul efectiv de concentrare a tensiunilor

- ε – factorul dimensional se adopta din figura 7 unde se inlocuieste dep cu Bp

- g - coeficientul de calitate a suprafetei (fig. 6)

[MPa]

[MPa]

Valorile admisibile recomandate pentru coeficientul de siguranta la oboseala sunt cuprinse in intervalul:

2. In sectiunea mediana

=12665 [N]

Tensiunea maxima de intindere in sectiunea mediana:

    [MPa]

unde: - A  [mm2] – aria sectiunii transvarsale 2-2

=27*20,25-18*15,75=263,25  [mm2]

Forta maxima de compresiune in sectiunea mediana:

[N]



In continuare calculul se desfasoara ca in cazul sectiunii minime, cu urmatoarele observatii:

[MPa]

[MPa]

[mm4]

[mm4]

Tensiunea maxima ,respectiv cea minima , in sectiunea mediana

    

Coeficientul de siguranta la oboseala:

Ca

[MPa]

               [MPa]


Restul termenilor au aceeasi semnificatie si valoare ca in cazul calculului in sectiunea minima 1-1 cu observatia ca factorul dimensional ε se adopta din figura 7 functie de Bm.

Valorile admisibile ale coeficientului de siguranta sunt aceleasi de la calculul in sectiunea minima 1-1.


2.2. Calculul capului bielei


Dimensiunile principale ale capului bielei depind de diametrul si lungimea fusului maneton si de grosimea radiala a cuzinetului.

Diametrul dM si lungimea lM a fusului maneton si grosimea cuzinetului se adopta pe baza datelor statistice:




Tabelul 3

Dimensiunea

Tipul motorului

m.a.s.

m.a.c.

in linie

in V

in linie

in V

dM

(0,50,68)D

(0,550,65)D

(0,550,72)D

(0,60,72)D

lM

(0,450,62)dM

(0,81)D

(0,5.0,65)dM

(0,8.1)dM

hcuz

0,9.2,5 mm

(0,03..0,05)dM

2.4mm

0,92,5mm

(0,030,5)dM

24 mm



[rad/s]

-unde: - ωmax [rad/s] – viteza unghiulara a arborelui cotit corespunzatoare turatiei maxime de mers in gol

Se poate considera ca:

- pentru m.a.c. nmax=np = [rot/min]

np =3300 [rot/min] – turatia de putere

- mc [kg] – masa capacului

Se calculeaza cu formula:

[kg]

lM =38 [mm] – lungimea fusului maneton

ρ [kg/dm3] – densitatea materialului bielei

ρ=7,8 7,85=0,83 kg/dm3 pentru otel

dci =68,2[mm] – diametrul interior al capului

dce =98[mm] – diametrul exterior al capului

Diametrul interior poate fi determinat cu exactitate

[mm]

Diametrul exterior al capului se calculeaza cu relatia:

[mm]

Semnificatia termenilor din relatia (63) este cea din figura 9.

Figura 9


hi  [mm] – grosimea peretelui interior al capului bielei

hi=0 1,5=0,9 mm

df  [mm] – diametrul exterior al surubului

Se poate adopta:

df=8 12=11 mm

he  [mm] – grosimea peretelui exterior al capului bielei

he=2 4=3 mm


Se calculeaza dce cu valorile adoptate pentru hi, df, he si mai departe mc

Daca se noteaza cu z numarul de suruburi, forta de intindere care actioneaza asupra unui surub este:

Ftz=Ft/z=12665/2=6332,5 [N]

De obicei, capacul se fixeaza cu z=2 suruburi.

Forta de prestrangere a surubului este:

=2*6332,5=12665

In timpul functionarii are loc o descarcare a ansamblului cap-capac si, in consecinta, asupra surubului nu actioneaza intreaga forta Ftz ci doar o fractiune din aceasta Fb

=0,22*6332,5=1393,15   [N]

unde: - b

Forta care va actiona asupra unui surub este:

=12665+1393,15=14058,15   [N]

Diametrul de fund al filetului dc, respectiv cel exterior al partii nefiletate a surubului dn, se calculeaza cu relatiile:

[mm]

[mm]

unde: - c1=1,25.3=1,80 – coeficient de siguranta; valori superioare se adopta atunci cand solicitarea la soc este semnificativa

- c2 =1,3 - coeficient care ia in considerare solicitarea de rasucire care apare la strangerea piulitei

- c3 =1,15 –coeficient care ia in considerare curgerea materialului in zona filetului

- c [MPa] – limita de curgere a materialului surubului

c=800 1100=950 MPa

Calculul de verificare se desfasoara separat pentru zona filetata si pentru cea nefiletata

pentru zona filetata


[MPa]

Tensiunea minima in zona filetata:

[MPa]


Daca:

                  

unde: -

-


-1=(0,44 0,52).

r=1000 1400=1150 MPa

0=(1,6 1,8).

       


ca=1,3 2                              

cu valori admisibile:

S-a ales un surub M8,Filet normal P125,cu diametrul de fund al filetului ds=8 [mm]

Cu aceasta valoare pentru ds se calculeaza diametrul exterior dce al capului.

Diametrul mediu al capului este egal cu distanta dintre axele suruburilor:

[mm]

Se aleg suruburile din tabelul 4, de unde rezulta si diametrul exterior ds al acestora.

Tabelul 4

Surub

Pasul [mm]

Diametrul

de fund

al filetului [mm]

Filet normal

Filet fin

M6










M7










M8













M9













M10
















M11













M12





















Tensiunea de incovoiere maxima in sectiunea de incastrare este:

                                                                                                                  [MPa]

Tensiunea admisibila este:

a=100 150 MPa

Deformatia maxima de ovalizare a capului pe fibra medie este:

[mm]

Δm=(0,0003 0,003).dM

Ac [mm2] – aria sectiunii transversale a capului bielei

[mm2]

Acuz  [mm2] – aria sectiunii transversale a cuzinetului

[mm2]

Ic  [mm4] – momentul de inertie al sectiunii capului

[mm4]

hc [mm4] – grosimea radiala a capului bielei

[mm]

Wc  [mm3] – modulul de rezistenta la incovoiere a capului bielei

[mm3]

Icuz  [mm4] – momentul de inertie al sectiunii cuzinetului

[mm4]

lcuz=lM-(0 4)=38-3=35 [mm]

hcuz=(0,9 . 2,5 [mm]

(0,03 . 0,5)dM









Contact |- ia legatura cu noi -|
Adauga document |- pune-ti documente online -|
Termeni & conditii de utilizare |- politica de cookies si de confidentialitate -|
Copyright © |- 2022 - Toate drepturile rezervate -|

Tehnica mecanica



Auto

Documente online pe aceeasi tema


Sudarea imbinarilor tip “cruce” si tip “T”
Proiect inginerie mecanica - semanatoare autopropulsata
Biela din motor
Lansare “comanda de lucru” – work order (wo)
Ejectorul gazodinamic, constructia si calculul
Asamblari prin strangere pe con
Notiune de unda de soc. Clasificarea discontinuitatilor la curgerea supersonica a gazului.
Materiale Feromagnetice
Roti dintate cilindrice analoge (la conul frontal exterior)
Factorii de influenta in procesul de stantare - ecruisarea materialului



Ramai informat
Informatia de care ai nevoie
Acces nelimitat la mii de documente, referate, lucrari. Online e mai simplu.

Contribuie si tu!
Adauga online proiectul sau referatul tau.