Mappa mentale per l'argomento "motori a combustione interna" tratta dal corso di "Fondamenti di meccanica applicata" tenuto dal prof. Alessandro Ruggiero, UNISA Università di Salerno (Fisciano, SA). Forze d'inerzia manovellismo, bilanciamento forze d'inerzia, analisi dinamica, analisi cinematica, riduzione biella, lavoro forze d'inerzia, meccanismo comando valvole. Mappa mentale e disegni a cura di Ing. Vittorio Stile, M.Sc. Management Engineering © CC Attribution License

1. Motori a combustione interna
Analisi cinematica
Bottone manovella B
ω cost.
sB=rθ=rθt
vB=ωr
ωB=ω
2
r
Piede biella C
sc=r[1-cosθ+μ-μ√(1-(sinθ/μ)
2
)]
1° approssimazione sc
(1)
=r[1-cosθ]
2° approssimazione sc
(2)
=r[1-cosθ+(1-cos2θ)/4μ]
vc=rω[sinθ+sin2θ/(2√(μ
2
-sin
2
θ)]
1° approssimazione vc
(1)
= rω sinθ]
2° approssimazione vc
(2)
=rω[sinθ+sin2θ/2μ]
wc=rω
2
{cosθ+[cos2θ(μ
2
-sin
2
θ)+(sin
2
2θ)/4]/(μ
2
-sin
2
θ)
3/2
}
1° approssimazione wc
(1)
= rω
2
cosθ]
2° approssimazione wc
(2)
=rω
2
[cosθ+cos2θ/μ]
Bilanciamento forze inerzia
Bilanciamento forze rotanti e fittizie del 1° ordine
Analisi dinamica Forze
Pressione fluido
Inerzia
Pistone moto alterno
Fp,i=-Mpwc
Manovella
moto circolare
uniforme
Fm,i=-Mmeω
2
Biella moto roto-traslatorio
Fb,i=-MbwG
Mb=-IGΦ’’
Peso Trascurabili rispetto alle altre
Attrito
Non affrontata nel corso
Riduzione biella
Teoria sistemi equivalenti
10 eq e 10 incognite
Semplificazione
Forze inerzia manovellismo
Lavoro forze inerzia
LF(rotanti)
=0
Li,a=corsa∫Fi,a ds Li,acorsa = 0
Meccanismo comando valvole
Forze dovute alla
pressione fluido
Fasi
1) Aspirazione
2) Compressione
3) Espansione
4) Scarico
Forza F agente
sul pistone
F=A(PN-Patm)
Diagramma indicato (PN/sc)
Momento motore
Mm=(Fgas+Fi,a)vc/ω
Grafico del Momento motore (Mm/θ)
Coppia (Mm medio)
Mm=1/4π0∫4πMm(θ)dθ
Potenza indicata
Pi=Mm ω
Conservazione massa
Conservazione
baricentro sui 3 assi
tensore d’inerzia
6 eq
3 eq
1 eq
3 eq e 3 incognite
Terna di riferimento
centrale d’inerzia
-3 eq
Moto piano
Velocità parallele
al piano
-2 eq
Rotazioni su assi
normali al piano
-2 eq
Approssimazione
2 eq 2 incognite
Massa nel baricentro m0 = 0
m2 posizionata in B
Fi rotanti agenti in B
Fi alternative agenti in C
Fi,r=(m2+Mme/r)ω
2
r
Fi,a=(Mp+m1)wc
OSSERVAZIONE
Studio dinamico manovellismo come stella di
vettori rotanti
Fi,a=(Mp+m1) wc
(2)
poniamo wc
(2) Fi,a 1° ordine = (Mp+m1)rω
2
cosθ
Fi,a 2° ordine = (Mp+m1)rω
2
cos2θ/μ
Forze fittizie
Fi,a fittizie 1° ordine
Fi,a fittizie 2° ordine
Th. lavoro-en.cinetica dLi,a=dEcin integrando Li,a=ΔEcin=(1/2)MPv
2
PMI-(1/2)MPv
2
PMS=0
Graficamente
Eq. moto C 1° appross.
Eq. accelerazione C 1° appross.
cosθ=(-sc
(1)+r)/r
wc
(1)
= - sc
(1)ω
2
+rω
2
Fi,a= - M wc
(1)
Grafico lavoro forze d’inerzia
Wc
(1)
è una retta con
pend. negativa
Fi,a retta pendenza
positiva (segno -) e
inclinazione differente
di M rispetto a Wc
(1)
area lavoro la cui
somma è 0
Fi,r=Fi,a fitt.
1°
+ Fi,r = Fbil = mbil ω
2
d
Le forze rotanti del 2°
ordine solitamente non
vengono bilanciate in
macchine monocilindriche
Forza inerzia
manovella (forza
centrifuga)
Forza inerzia
contributo m2
biella posizionata
in B
Fi,m=Mmω
2
e
Si sposta la massa
della manovella in B
e la chiamiamo M*
Fi,m=Mmω
2
e=M*ω
2
r
da cui M*=Mme/r
m = ma + mp + mv
(r)
+ mb
(r)
k = kp + kv
(r)
P = Pp + P0
(r)
Sostituiamo alla camma la forza F da essa esplicata
Analisi camma
Analisi spostamento-velocità-accelerazione
piattello di punteria
I punti P1 e P2 relativi a π/6 e π/2
sono detti punti di transizione per
la camma armonica
Analisi F
h = alzata camma
α = angolo formato dal punto di
tangenza di cui sopra e il punto
di contatto del piattello
β = angolo compreso fra punto di
tangenza alla circonferenza base del
fianco e all’asse di simmetria
D’Alembert: -mx’’-kx-P+F=0
Condizione distacco (limite)
del piattello F=0
ovvero kx+P=-mx’’
Esiste un valore di ω1 per il quale risulta F = 0 per
θ = π/3
Condizione primo distacco:
ω1=√{(2/9)[(Kh+P)/mh]}
Tale valore di ω1 è il minimo valore per il quale si
verifica la condizione di distacco
Per valori ω> ω1 la curva mx’’ interseca la curva
(P+Kx) il punto D individua la condizione di
distacco
Per ω1->∞ l’ascissa θD di D tende al punto di
transizione π/6
Mappa mentale a cura di Vittorio Stile, M.Sc. Management Engineering