Cuprins

Tema proiectului ................................................................... Mecanism manivela-piston...............................................

1. Mecanism manivela-pistonSinteza mecanismului functie de unghiul de presiune

Definitia unghiului de presiune Calculul de proiectareScara reprezentarii grafice

Analiza structurala a mecanismuluiDeterminarea familiei mecanismuluiDeterminarea gradului de mobilitateDescompunerea mecanismului in grupe structurale

Analiza cinematica a mecanismului prin metoda ecuatiilor vectorialePozitiiVitezeAcceleratii

Analiza cinematica a mecanismului prin metoda cinematicaPozitii, viteze, acceleratii pentru φ1=40ºPozitii, viteze, acceleratii pentru φ1=320º

Analiza cinetostatica a mecanismului prin metoda grafo-analitica

Determinarea fortelor utileDeterminarea fortelor de greutate ale elementelor

mecanismuluiDeterminarea acceleratiilor centrelor de masaDeterminarea pozitiei centrului de masa al bieleiDeterminarea reactiunilor in cazul φ1 = 40º Determinarea reactiunilor in cazul φ1 = 320º

2. Bibliografie3. Anexe

Tema proiectului

Mecanismul manivela – piston

Sa se proiecteze mecanismul unui motor cu ardere interna in patru timpi cunoscand :

- schema structurala : desen nr. 1; - diagrama indicata motorului p=p(s); p – presiunea in cilindru

s – deplasarea pistonului- turatia motorului : n = 2350 rot/min ;- diametrul cilindrului : dcil = 140 (mm); - unghiul de presiune maxima : Өmax = 9 (◦) ;

- raportul = 1,25 ; h = cursa pistonului;

- masa bielei : m2 = 9 • l ; l= lungimea bielei [m] ;- masa pistonului : m3 = k • m2 ; k = 0,31;- masa manivelei : m1 = k1 • m2 ; k1 = 2,1;- raza de giratie a bielei : ρ² = 0,17 • l²;- pozitia centrului de masa a bielei : - pozitiile unghiulare : - φ1 = 30 [◦]; - φ1 = 120 [◦];

1. Mecanismul manivela piston

Sinteza mecanismului functie de unghiul de presiune

Definitia unghiului de presiune

Un parametru deosebit de important pentru buna functionare a mecanismului este unghiul de presiune.

Acest unghi este format de directia fortei de transmise de biela si directia vitezei punctului sau de aplicatie.

Cu cat acest unghi este mai mare cu atat solicitarea si uzura elementelor sunt mai pronuntate, iar randamentul este mai redus.

Daca unghiul de presiune atinge o valoare limita se produce blocarea mecanismului. De aceea se impune ca unghiul de presiune sa nu depaseasca o valoare admisibila Өa. Ө ≤ Өa;

Impunerea unghiului de presiune admisibila Өa este dictata de procesul tehnologic sau conditiile de lucru ale mecanismului.

Alegerea unui unghi de presiune foarte mic mareste foarte mult

gabaritul. De aceea de multe ori se realizeaza o optimizare intre unghiul de presiune si gabarit. Unghiul de presiune se poate calcula cu expresia :

,

in rezolvarea maxima se poate calcula cu : .

In cazul nostru cand = 0, unghiul de presiune se defineste ca fiind unghiul dintre biela BC si directia t-t.

Unghiul de presiune se poate calcula cu formula :

;

iar unghiul de presiune maxim :

.

Calcule de proiectare

Cu ajutorul datelor cunoscute vom afla raza manivela si lungimea bielei.

Vom nota - raza manivelei, care poate fi calculat cu expresia :, unde , de unde rezulta :

vom adopta r = 88 [mm];Vom nota - lungimea bielei care se poate calcula in functie de

unghiul de presiune maxim si raza manivelei.Atunci cand unghiul Ө ia valoare maxima, intre manivela si axa

pistonului se formeaza un unghi de .

l=564,1 [mm]=0,564 [m];

Scara reprezentarii grafice

Vom calcula scara functie de dimensiunea cea mai mare si anume biela.

Lungimea reala [m] = 0,564 [m]Lungimea reprezentata [mm] = 100 [mm]

,

l- reprezentat = 100 [mm],r- reprezentat =

Marimea reala [m]

Marimea reprezentata [mm]

0,088 17,60,564 100

Analiza structurala a mecanismului

Determinarea familiei mecanismuluiDefinitie: Familia unui mecanism (sau lant cinematic) este egala cu

numarul de legaturi comune la care sunt supuse elementele sale.

MiscareElement

Rotatie Translatie

1 - - + - - -2 - - + + + -3 - - - - + -4 - - - - - -

„- „ nu se efectuiaza miscare„+” se efectuiaza miscare f = 3

Determinarea gradului de mobilitate

Definitii:a) Gradul de libertate al unui lant cinematic reprezinta numarul de

parametri independenti care determina complet pozitia sa.b) Gradul de mobilitate reprezinta numarul parametrilor

independenti care pozitioneaza elementele mobile ale unui mecanism fata de elementul fix.

c) Prin mecanism se intelege un lant ciematic care satisface urmatoarele conditii:

- este inchis;- are un element de referinta, element fix, in raport cu care se

studiaza miscarea celorlalte elemente;- are un numar de cuple conducatoare, stabilit astfel ca miscarea

tuturor elementelor sa fie determinata;d) Cupla cinematica este legatura mobila stricta dintre doua

elemente cinematice.e) Clasa unei cuple cinematice este data de numarul de restrictii

impuse miscarii elementului. M - 3n – 2C5 – C4 unde:n – numarul elementelor mobileC5 – numarul cuplelor de clasa VC4 – numarul cuplelor de clasa IVM – gradul de mobilitate

Descompunerea mecanismului in grupe structurale

Definitie : Prin grupa structurala se intelege cel mai simplu lant cinematic cu grad de mobilitate egal cu zero.

Se procedeaza invers ca la formarea acestuia: se indeparteaza elementul conducator si elementul fix si se identifica grupele structurale din componenta mecanismului.

Grupa condusaL = 0cls = 2ord. = 2asp. = 2

Analiza cinematica a mecanismului prin metoda ecuatiilor vectoriale (metoda grafo – analitica)

1.3.1. Pozitii : 1) φ1 = 30 ◦ ; φ1 = 120 ◦ Din masurarea directa de pe desen rezulta : 2) φ2 = 356◦ ; φ = 352◦ 1) L3 = 638 [mm]; L3 = 515 [mm] 1.3.2. Viteze :Date cunoscute : ω1 = constant VA = 0

De aflat : VB, VC, ωz, VCB.

I. Grupa conducatoare (1,1,1). VB = VA + VBA

{directie : AB modul :

sens : AB rotit cu 90◦ in sensul lui VB = 246 • 0,088 = 21,65 [m/s]

II. Grupa condusa (0,2,2).VC = VB + VCB (1)

VC = Vc ghidaj + Vcc ghidaj (2)

Vc ghidaj = 0(1)= (2) →

VCB = ω2 x BC {directie : BC VCC ghidaj { directie : ghidaj Sens : - sens : - Modul : - modul : -Pentru

Pentru

1.3.3. AcceleratiiI. Grupa conducatoare (1,1,1)

Grupa condusa (0,2,2)C4 – proiectia punctului C pe ghidaj

Pentru

Pentru

Analiza cinematica a mecanismului prin metoda analitica. Metoda contururilor vectoriale

Se cunosc :

De aflat :

Calculul numarului de contururi vectoriale independente. unde: - numarul contururilor vectoriale independente

- numarul cuplelor cinematice din mecanism n - numarul elementelor mobile din mecanism

1.4.1. Pozitii, viteze, acceleratii pentru

Avem conturul inchis ABCD,AB + BC + CA = 0

I ) Parametrii cinematici de pozitie:

OX |

OY |

Din (1)

II ) Viteze

III ) Acceleratii

1.4.2. Pozitii, viteze, acceleratii pentru

Avem conturul inchis ABCA

AB + BC + CA = 0

I ) Parametrii cinematici de pozitie :

OX |

OY |

II ) Viteze

III ) Acceleratii

Analiza cinetostatica a mecanismului prin metoda grafo – analitica

In cazul analizei cinetostatice se propune sa se determine fortele de legatura ( reactiunile normale si fortele de frecare ) utilizand principiul lui D’Alambert , care arata ca in orice moment al miscarii fortelor aplicate, fortele de legatura si fortele de inertie se gasesc in echilibru.

Se ia s = h = 175 mm => s = 175 mm intre PMI si PMS.

Pentru

Pentru ( ac si vc au sensuri opuse ) => p2 se ia de la curba 2 =>

1.5.1. Determinarea fortelor utile

Relatia de calcul a fortelor utile este :

Forta utila are :- punct de aplicatie in C,- directia paralela cu ghidajul;- sens (1) daca VC si ac coincid ca sens, atunci Fv se ia din curba 3 ,

sensul fiind al vitezei;- sens (2) daca VC si ac nu coincid ca sens, Fv se ia din curba 2,

sensul fiind opus vitezei.Din datele initiale :

Pentru

Pentru

1.5.2. Determinarea fortelor de greutate ale elementelor mecanismuluiDin datele initiale :

1.5.3. Determinarea acceleratiilor centrelor de masa

Din diagrama acceleratiilor se determina care are forma vectoriala:

Pentru

Pentru

1.5.4. Determinarea pozitiei centrului de masa al bielei

Din date initiale :

Pentru Pentru 1.5.5. Determinarea reactiunilor in cazul

Grupa condusa1) pentru elementul 2

2)

Se scriu toate fortele aflate la scara :

Cele doua necunoscute si se determina grafic.

3) ∑ F = 0 ; pentru elementul 2.

Se determina grafic

4)

Grupa conducatoare 1) Se determina grafic

2) pentru elementul 1

1.5.6. Determinarea reactiunilor in cazul Grupa condusa1) pentru elementul 2

2)

Se scriu toate fortele aflate la scara :

Cele doua necunoscute si se determina grafic.

3) ∑ F = 0 ; pentru elementul 2.

Se determina grafic

4)

Grupa conducatoare 1) Se determina grafic

2) pentru elementul 1