Echilibrarea m.a.i. cu piston

Echilibrarea m.a.i. cu piston

Pentru ca un sistem tehnic sa fie echilibrat din punct de vedere dinamic este necesar fortele si momentele care actioneaza asupra reazemelor sa fie in permanenta constante.

Datorita particularitatilor constructive ale mecanismului biela-manivela utilizat la m.a.i. cu piston pentru autovehicule, fortele care se dezvolta sunt variabile in timp.

Prin studierea modului in care aceste forte si momentele dezvoltate de ele contribuie la dezechilibrarea motorului se pot lua masuri de reducere sau chiar anulare a efectelor acestora.

Functionarea motorului, performantele si fiabilitatea acestuia sunt puternic influentate de modul in care se realizeaza echilibrajul.

In cazul fortei de presiune F_p, asa cum s-a aratat si la studiul dinamic al mecanismului biela-manivela, aceasta se poate descompune intr-o componenta normala pe axa cilindrului (se considera cazul uzual cu mecanism normal axat) F_pn si o alta componenta in lungul bielei B_p (fig. 2.8).

Forta de presiune care actioneaza asupra chiulasei are o actiune egala si de sens contrar fusurilor palier, de aceea efectul ei este anulat. Efectul este doar o solicitare la intindere a motorului in ansamblul sau.

fig 2.12

Momentul dezvoltat de componenta B_p reprezinta o parte a momentului motor total al motorului si nu produce dezechilibre.

Din motive de reducere a dezechilibrelor ce apar la motoarele policilindrice defazajul dintre aprinderi trebuie sa fie acelasi:

i-numarul de cilindri.

Pentru i=4

Din acest motiv la motoarele cu cilindri in linie manivelele sunt dispuse in stea in jurul axei de rotatie .

Aprinderea trebuie sa fie in punctul mort interior (PMI).

La motoarele cu numar par de pistoane fortele si momentele interne se anuleaza daca arborele are plan simetric central. In figura este prezentata o solutie constructiva fara plan central de simetrie, iar in figura 2.13b cu plan central de simetrie.

2.13

Se observa ca in al doilea caz momentul exten este nul.

La un motor in patru timpi cu numar par de cilindri identici in linie, cu aprinderi uniform repartizate, momentul extern adat de fortele de inertie a maselor in miscare de rotatie este nul.

In cazul motoarelor cu numar impar de cilindri in linie, se prezinta exemplul unui motor cu 3 cilindri.

Defazajul intre aprinderi este:

Δj_a=720/3 =240 ⁰RA

Unghiul dintre manivele este de 120⁰RA (fig. 2.14a).

fig 2.14

Figura 2.10

Echilibrarea momentului extern se face cu doua mase de echilibrare m_e decalate in sens trigonometric cu aproximativ 30⁰ fata de manivela primului cilindru.

Desi momentul extern poate fi echilibrat la motoarele in cazul motoarelor cu numar par de cilindri in linie cu un arbore cu plan central de simetrie, momentul intern nu este echilibrat. Descarcarea totala sau partiala a lagarelor se face mase de echilibrare prin mai multe metode:

- echilibrare cot cu cot - masele de echilibrare sunt plasate pe fiecare brat al arborelui cotit. Lagarele sunt descarcate complet, dar creste masa arborelui cotit si se complica tehnologia de fabricatie. Solutia se poate aplica mai ales la motoarele pentru autovehicule de transport greu deoarece durata de serviciu a arborelui cotit este mai mare

- echilibrare de ansamblu - masele de echilibrare sunt amplasate pe bratele extreme ale unui ansamblu de doua coturi (fig. 2.11). Descarcarea lagarelor este partiala, dar scade masa arborelui cotit si se simplifica tehnologia de fabricatie.

- la motoarele rapide nu se utilizeaza mase de echilibrare, dar se adopta solutia de arbore cu plan central de simetrie;

Figura 2.15

In cazul motoarelor in patru timpi,cu mecanisme biela-manivela normal axate, cu un numar par de cilindri identici in linie, cu aprinderi uniform repartizate, rezultanta armonicilor de ordin n ale fortelor de inertie date de masele in miscare de translatie sunt nule daca ordinul n nu este un multiplu intreg al jumatatatii numarului de cilindri (n k^.(i/2)), iar armonicile multiplu de jumatatea numarului de cilindri au rezultanta egala cu de i ori valoarea armonicii dintr-un cilindru.

Astfel, la motoarele cu numar par de cilindri in linie subzista urmatoarele armonici:

- la motorul cu doi cilindri in linie subzista armonicile de ordinul n=1, 2, 4, 6, 8, 10

- la motorul cu patru cilindri in linie subzista armonicile de ordinul n=2, 4, 6, 8, 10

- la motorul cu sase cilindri in linie subzista armonicile de ordinul n=6, 12, 18

- la motorul cu opt cilindri in linie subzista armonicile de ordinul n=4, 8, 12

Se observa ca cel mai bun autoechilibraj il au motoarele cu 6 cilindri in linie.

La motoarele in patru timpi cu numar par de cilindri identici in linie, cu mecanisme bila-manivela axate, cu aprinderi uniform repartizate, momentul extern al fortelor de inertie date de masele aflate in miscare de rotatie este nul daca arborele cotit este cu plan central de simetrie.

La motoarele cu cilindri in V rezultanta armonicilor de ordin n se face prin insumarea armonicilor respective produsa in fiecare linie de cilindri.

Rezultanta fortelor de inertie date de masele in miscare de rotatie este nula daca manivele arborelui cotit sunt in opozitie sau daca numarul de coturi este multiplu de opt.

In celelalte cazuri rezultanta acestor forte se anuleaza cu mase de echilibrare.

Pentru stabilirea metodelor de echilibrare a fortelor date de masele in miscare de translatie, se considera cazul unui motor cu doi cilindri in V cu unghiul dintre cele doua linii g. Se pot enunta urmatoarele teoreme:

- la motoarele in V cu mecanisme normal axate, cu cilindri opusi (unghiul dintre liniile de cilindri este de 180⁰) subzista numai forta de inertie de ordinul 1, celelalte armonici fiind nule;

- la motoarele in V cu mecanisme normal axate, cu unghiul dintre linii de 90⁰, forta de inertie de ordinul 1 descrie un cerc si poate fi anulata cu o masa de echilibrare care se roteste impreuna cu arborele cotit;

- la motoarele in V cu mecanisme normal axate armonicile de ordin multiplu impar de p/g (n=(2k+1)(p/g)) sunt nule pe directia bisectoarei V-ului;

- la motoarele in V cu mecanisme normal axate armonicile de ordin multiplu par de p/g (n=2k(p/g)) sunt nule pe directia normala pe bisectoarea V-ului;

Echilibrarea momentelor date de fortele de inertie se face la fel ca in cazul motoarelor cu i/2 cilindri in linie