Embed Size (px)
Citation preview
LUCRAREA NR.1
TOLERANŢE Şİ AJUSTAJE.GENERALİTĂŢİ. NOŢİUNİ DE BAZĂ.
1 .GENERALITĂŢİ:
În urma efectuării setului de operaţii tehnologice necesare execuţiei unei piese nu pot
fi obţinute sau măsurate, cu o precizie ridicată, dimensiunile inscripţionate ȋn d esenul de
execuţie al produsului respectiv.
Cauzele care generează aceasta diferenţă ȋntre dimensiunea reală a piesei (obţinută ȋn
urma prelucrării) şi cea care este de dorit a fi obţinută(cea din desen) sunt:
- precizia insuficientă a maşini1or-unelte, a aparatelor şi instrumentelor de
măsurare;
- erori provocate de uzura sculelor;
- erori provocate de aşezarea şi fixarea incorectă a pieselor pe maşini unelte.
Din proiectare se poate stabili, pentru orice piesă, limitele ȋntre care pot varia
dimensiunile acestora, limite ce asigură funcţionarea corectă a maşinii din care piesa face
parte.
Apare astfel ca necesară stabilirea unor limite pentru erorile admise la prelucrare,
respectiv la măsurare.Pe baza acestor erori admise se pot preciza aşa -numitele toleranţe de
prelucrare sau toleranţe de măsurare.
Ca atare, pe desen va fi înscrisă dimensiunea nominală, precum şi abaterile limită.
Va exista o:
- abatere superioară admisă, care determină dimensiunea maximă;
- abatere inferioară admisă, care determină dimensiunea minimă .
DEF 1:
Toleranţa de prelucrare reprezintă diferenţa ȋntre aceste două dimensiuni limită.Deci,
toleranţa reprezintă, ȋn ultima instanţă, o prescripţie de precizie pentru execuţie.Condiţia de
interschimbabilitate pe care trebuie să o respecte reperele componente ale maşinilor şi
echipamentelor, produsă, ȋn masă sau serie, a impus organizarea coerentă a toleranţelor ȋn
cadrul unor sisteme.
OBS: İnterschimbabilitatea presupune asigurarea montării unei piese componente a unei
maşini, produsă ȋn serie, la oricare altă maşină identică fară a fi necesare prelucrări
suplimentare.
DEF 2:
Sistemul de tolerante reprezintă un ansamblu de norme ȋn domeniul de fabricaţie şi ȋn
special ȋn fabricaţia de serie, astfel ca fiecare ramură indu strială să se poată ȋncadra ȋn acest
sistem pentru o anumită precizie de lucru şi un anumit fel de ajustare.
Exemple de sisteme de ajustare:
- OST ȋn U.R.S.S.
- DİN ȋn Germania.
- STAS ȋn România, iar de la 1 ian 1969 se aplică sistemul de toleranţe şi ajustaje
İSO.
Datele referitoare la noul sistem de toleranţe şi ajustaje İSO sunt cuprinse în standardele
STAS(8100-8107)-68.
2.NOŢİUNİ DE BAZĂ.
2.1. DİMENSİUNİ. ABATERİ. TOLERANŢE.
Setul următor de definiţii este dat ȋn conformitate
cu STAS 46-52.
Dimensiunea exprimă, ȋn unitatea de măsură aleasă, valoarea numerică a unei
lungimi. Aceasta este una dintre caracteristicile liniar e care determină mărimea unei
piese. Dimensiunea înscrisă pe un desen tehnic se numeşte cotă.
Dimensiunea nominală N (fig.1) este valoarea luată ca bază pentru a caracteriza
o anumită dimensiune indiferent de abaterile admise, cauzate de imperfecţiunea de
execuţie sau necesare ȋn vederea asamblării cu joc sau strângere.
Dimensiunea efectivă E(fig.1) este dimensiunea a cărei valoare se obţine prin
măsurarea piesei. Dimensiunea trebuie să fie cuprinsă ȋntre cele două dimensiuni limită:
Fig.1a şi b.
Dimensiunile limită sunt:
- dimensiunea maximă: ., maxmax LD
- dimensiunea minimă: ., minmin LD
Abaterea este diferenţa algebrică dintre o dimensiune (efectivă, maximă etc.) şi
dimensiunea nominală corespunzătoare.
Abaterea efectivă A este diferenţa dintre dimensiunea efectivă şi dimensiunea
nominală.
NEA 0 , .NEa d
Abaterea superioară sA este diferenţa dintre dimensiunea maximă şi dimensiunea
nominală.
NDAs max , .max Ndas
Abaterea inferioară iA este diferenţa dintre dimensiunea minimă şi dimensiunea
nominală.
NDAi min , .min Ndai
Abaterea superioară şi cea inferioară se numesc abateri limită.
OBS:
Dimensiiunile şi abaterile pentru alezaje se notează cu litere majuscule, iar
pentru arbore cu litere minuscule.
Toleranţa este diferenţa dintre dimensiunea maximă şi dimensiunea minimă.
minmax DDT ; minmax' ddT .
Câmpul de toleranţe ȋn reprezentări grafice este zona cuprinsă între linia
corespunzătoare dimensiunii maxime şi cea corespunzătoare dimensiunii minime. În
fig.2 s-a considerat că generatoarea inferioară a arborelui şi a alezajului coincid.
Fig.2.
Modul de inscripţionare a dimensiunilor pe desen este următorul:
ss
ii
aA
aAN
a)Daca una din abateri este zero, ea nu se mai înscrie langă dimensiunea nominala N.
b)Înscrierea toleranţelor este detaliat explicată în standardul STAS 6285-69.
2.2. JOCURİ. STRÂGERİ. AJUSTAJE.
DEF 3:
Alezajul reprezintă suprafaţa cuprinzătoare a unei piese.
Arborele reprezintă suprafaţa cuprinsă a unei piese.
OBS:
a)În cazul pieselor cilindrice dimensiunile aferente celor două piese sunt:
- pentru alezaj:diametru interior;
- pentru arbore:diametrul exterior,
b)Pentru piesele cilindrice diametrul nominal al alezajului coincide cu diametrul
nominal al arborelui şi se numeşte diametru nominal a1 asamblării.
În funcţie de raportul existent între valorile celor două diametre asamblarea se
face cu joc sau cu strângere. Setul următor de definiţii, corespunzătoare corpurilor
cilindrice, este dat ȋn conformitate cu STAS 48-52.
Jocul J este diferenţa dintre diametrul efectiv al alezajului ş i diametrul efectiv al
arborelui, în cazul ȋn care primul este mai mare decât cel de -al doilea (fig.3,a).
Fig.3.
dD EEJ ; dD EE .
Jocul maxim maxJ (fig.3,b) este diferenţa dintre diametrul maxim al alezajului si
diametrul minim al arborelui.
minmaxmax dDJ ;
Jocul minim minJ (fig.3,b) este diferenţa dintre diametrul minim al alezajului si
diametrul maxim al arborelui.
maxminmin dDJ .
Strângerea S (fig.4,a) esta diferenţa dintre diametrul efectiv al arborelui şi
diametrul efectiv al alezajului măsurate înainte de asamblare, în cazul în care diametrul
alezajului este mai mic decât al arborelui.
Fig.4.
Dd EES ; Dd EE .
Strângerea maxima maxS (fig.4,b) este diferenţa dintre diametrul maxim al arborelui şi
diametrul minim al alezajului.
minmaxmax DdS ;
Strângerea minimă minS (fig.4,b) este diferenţa dintre diametrul minim al arborelui şi
diametrul maxim al alezajului.
maxminmin DdS ;
Ajustajul reprezintă relaţia care rezult ă din diferenţa dintre dimensiunile a două piese
dinainte de asamblarea lor. Tipurile de ajustaje posibile sunt următoarele:
-ajustajul cu joc (fig,3,b) este ajustajul la care diametrul oricărui alezaj este mai
mare decât diametrul oricărui arbore. Deci cȃmpul de toleranţe al alezajului se află
situat deasupra câmpului corespunzător arborelui.
- ajustajul cu strângere (fig,4,b) este ajustajul la care, înainte de asamblare,
diametrul oricărui alezaj este mai mic decât diametrul oricărui arbore; în acest caz
câmpul de toleranţe al alezajului este situat în întregime sub cel al arborelui.
-ajustajul intermediar (fig.5) este ajustajul la care pot rezulta atȃt asamblări cu
joc cȃt şi cu strângere; câmpul de toleranţe al alezajului şi al arborelui se vor suprapune
parţial sau total.
Fig.4.
Toleranţa ajustajului T este diferenţa dintre jocurile respectiv strângerile maxime
şi minime. Ca atare, ea este egala cu suma toleranţelor alezajului şi arborelui.
Fig.5.
Într-adadevăr,notȃnd cu jT toleranţa ajustajului cu joc şi cu sT toleranta
ajustajului cu strȃngere şi tinȃnd cont de definiţiile jocurilor, respectiv strȃngerile
obţinem:
'minmaxminmaxmaxminminmaxminmax TTddDDdDdDJJT j
TTDDddDdDdSSTs 'minmaxminmaxmaxminminmaxminmax
LUCRAREA NR.2
SİSTEMUL DE TOLERANŢE Şİ AJUTAJE İSO.
1.SİSTEMUL DE AJUTAJE.
Sistemele de ajutaje pot fi definite ca fiind din gama de alezaje, cu jocuri sau
stȃngeri, realizate ȋn mod raţonal. În toate sistemele de toleranţe (amintite ȋn lucrarea
anterioară) există două sisteme de ajutaje:
-sistem de ajustaj cu arbore unitar;
-sistem de ajutaj cu alezaj unitar.
DEF 1:
Sistemul de ajutaj cu arbore unitar ce caracterizează prin poziţia constant a cȃmpului de
toleranţe al arborelui faţă de linia zero.
Fig.1.
Diferitele ajutaje se obţin variind convenabil poziţia cwmpului de toleranţe a alezajului. Se
constată diametrul maxim al arborelui este egal cu diametrul nominal al acestuia:
dNd max ;
Abaterea superioară a arborelui sa este eglă cu zero, iar abaterea inferioară ia este egala
cu toleranţa T a arborelui.
DEF 2:
Sistemul de ajutaje cu alezaj unitary se caracterizează prin poziţia constant a cȃmpului de
toleranţe al alezajului faţă de linia zero.
Fig.2.
Diferitele ajutaje se obţin,de astă dată, printr-o variaţie convenabilă a poziţiei cȃmpului
de toleranţă al arborelui.
Se observă că vom avea ȋn acest caz:
DND min ;
Abaterea inferioară a alezajului iA este egală cu toleranţa T a alezajului.
DEF 3:
Linia zero, ȋn reprezentări grafice, este linia de referinţă faţă de care se măsoară abaterile,
poziţia ei fiind determinată de dimensiunea nominal. În consecinţă, ea este linia de bază pentru
construirea sistemului de ajustaje.
2. SİSTEMUL DE TOLERANŢE İSO.
2.1. GENERALİTĂŢİ.
İmportanţa acestui sistem constă ȋn faptul că realizează o unificare maximă a diferitelor
sisteme noţionale de tolerante, ȋn vederea uşurării schimbului internaţional din domeniul
construcţiilor de maşini.
Sistemul İSO cuprinde:
-sistemul alezaj unitary(este cel preferat), pentru care cȃmpurile preferenţiale sunt ȋn
STAS 8104-68;
-sistemul arbore unitar, pentru care cȃmpurile preferenţiale sunt date ȋn STAS 8105-68.
Sistemul İSO de toleranţe şi ajustaje se referă la toleranţele pieselor netede şi ajustajele care se
formează prin asamblarea lor. Termenii de alezaj sau arbore se consideră că definesc spaţiul care
cuprinde, respective care este cuprins ȋntre două suprafeţe. Terminologia utilizată va fi
exemplificată ȋn continuare pentru piesele cilindrice.
2.2. TERMİNOLOGİE.
Definiţiile următoare vor complete setul de definiţii enunţate ȋn subparagraful 2.1., al
lucrării de laborator nr.1.
fundamental este acea abatere dintre cele două abateri limită (superioară şi inferioară)
care este aleasă ȋn mod convenţional pentru definirea cȃmpului de toleranţe ȋn raport cu linia
zero.
Fig.3.
Treapta de precizie (sau precizia) reprezintă ȋn cadrul unui sistem standardizat de
toleranţe şi ajutaje ansamblul toleranţelor considerate corespunzătoare aceluiaşi grad de precizie
pentru toate dimensiunile nominale.
Unitatea de toleranţe (i) reprezintă ȋn sistemul İSO un factor exprimat numai ȋn funcţie de
dimensiunea nominală şi serveşte ca bază pentru determinarea toleranţelor fundamentale.
m][ DDi 001.04.0 3 ;
Toleranţa fundamental (İT) ȋn sistemul İSO este o toleranţă a sistemului. Ea se determină
ca fiind produsul dintre valoarea unităţii de toleranţă pentru dimensiunea nnominală considerată
şi un coeficient c propriu fiecărei precizii:
icIT ;
Mai mult cunoscȃnd abaterea fundamental putem determina cealaltă abatere limită cu una
din relaţiile:
ITaITaa isi sa sau ;
Arborele. Este termenul utilizat convenţional pentru denumirea oricărei dimensiuni
exterioare a unei piese, chiar dacă nu este cilindrică.
Alezajul. Este termenul utilizat convenţional pentru denumirea oricărei dimensiuni
interioare a unei piese, chiar dacă nu este cilindrică.
Arborele unitar, ȋn cadrul sistemului İSO, reprezintă arboreal a cărei abatere superioară
este nulă(fig.4.a).
Fig.4.
Alezajul unitar, ȋn cadrul sistemului İSO, reprezintă arboreal a cărei abatere superioară
este nulă(fig.4.b).
Sistemul de toleranţe, reprezintă un ansamblu sistematic de toleranţe şi abateri limită
standardizate.
Sistemul de ajutaje, reprezintă un ansamblu systematic de ajutaje, ȋntre arbori şi alezaje,
aparţinȃnd unui sistem de toleranţe.
Sistemul arbore unitar, reprezintă sistemul de ajutaje ȋn care diferotele jocuri şi stȃngeri
sunt obţinute asociind diverse alezaje unui arbore unic. În sistemul İSO 0sa .
Sistemul ajezaj unirar reprezintă un system de ajutaje ȋn care diferitele jocuri şi stȃngeri
sunt obţinute asociind diverşi arborii cu un alezaj unic.
2.3.CÂMP DE TOLERANŢE. TREPTE DE PRECİZİE.
Cȃmpul de toleranţe, care este de fapt reprezentarea grafică a toleranţei, este definit prin
precizarea măririi acestei zone şi prin poziţia ei faţă de linia zero (fig.3). Mărirea zonei, deci
valoarea toleranţei, este funcţia de dimensiune nominal şi este simbolizată printr-un număr
denumit treaptă de precizie. İmportant este faptul că ȋn cadrul unei precizii toate cȃmpurile de
toleranţe au aceeaşi mărime pentru o dimensiune nominal dată.
Precizia cȃmpului de toleranţe ȋn raport cu linia zero este şi ea ȋn funcţie de dimensiunea
nominal, iar aceasta se simbolizează printr-o literă (sau un grup de două litere). Dimensiunea
tolerată este definită prin valoarea sa nominalăurmată de simbolul cȃmpului de toleranţă, ca de
exemplu:
-50H7/96, ȋn cazul unui ajustaj cu joc.
În cadrul sistemului İSO, simbolizarea poziţiilor cȃmpului se realizează cu litere mari de
la A la Z, plus grupurile de litere ZA, ZB, ZC şi mai puţin literele İ, L, O, Q, W, pentru
specificaţia că ele sunt pentru litere mici.
Sau prezentat ȋn figule 5 şi 6 poziţiile cȃmpurilor de toleranţă pentru alezaje şi arbori,
indicȃndu-se şi tipul de ajutaje care se obţin prin asamblarea celor doua piese.
Fig.5.
Fig.6.
Cȃmpurile de toleranţe H sunt limitate inferior de linia zero, iar cȃmpurile h sunt limitate
superior de aceeaşi linie(fig.5). Deci aceste cȃmpuri de toleranţe H şi h au o destinaţie special,
ȋntrucȃt ele reprezintă ȋn sistemele de ajutaje piesa de bază cu cȃmpul constant. Mai précis, este
vorba despre cȃmpul H şi sistemul alezaj unitary şi de cȃmpul h ȋn sistemul arbore unitary.
Ca atare, se observă că vom avea:
-ajutaje cu joc date de cȃmpurile A B C D E F G şi a b c d e f g, deoarece cȃmpul
de toleranţă al alezajului este ȋn ȋntregime deasupra celui al arborelui;
-ajustaje intermediare şi cu stȃngere date de cȃmpurile K M N P R S T U V X Y Z
ZA ZB ZC şi cȃmpurile k m n p r s t u v x y z za zb zc, ȋntrucȃt cȃmpul de toleranţă al
alezajului este ȋn ȋntregime sub linia zero, iar cel al arborelui este ȋn ȋntregime deasupra
aceleiaşi linii.
OBS: Cȃmpul de toleranţă JS şi js se caracterizează prin faptul că abaterile limită IT 2/1 ,
pentru precizia respectivă.
Deci, pentru exemplul dat 50H7/96 se confirmă faptul că este un ajutaj cu joc.
În privinţa preciziei, ȋn sistemul de toleranţe İSO se utilizează 18 trepte de precizie, notate ȋn
ordinea descrescătoare a preciziei cu numerele 01, 0, 1, 2, 3,…,16 fiecărei precizii ȋi corespunde
o treaptă fundamentală notată cu İT01, İT0, İT1,…,İT16. În consecinţă cea mai precisă este
treapta 01, iar cea mai puţin precisă este treapta 16.
2.4. ALEGEREA SİSTEMULUİ DE AJUTAJ.
Elementele care influenţează alegerea unuia dintre cele doua sisteme de ajutaje menţionate
anterior sunt:
-tipul produselor executate;
-posibilităţile de prelucrare ale uzinei;
-tipul productiei: series au piese individuale.
Sistemul alezaj unitar se foloseşte ȋn cazul montajelor, deoarece pentru diferite diameter
arborii de precizie se obţin mai uşor decȃt alezajele de precizie.
Sistemul arbore unitary se prefer ȋn cazurile cȃnd apar construcţii cu arbori rezemaţi pe
mai multe lagăre şi pe care se montează diferite organe de maşini.
2.5.ALEGEREA TREPTEİ DE PRECİZİE.
Alegerea treptei de precizie se realizează ȋn ipoteza asigurării condiţiilor funcţionale
impuse asamblărilor. Deoarece costul manoperei la prelucrarea pieselor creşte atunci cȃnd se
măreşte precizia (ȋntrucȃt se reduce gama valorilor numerice ȋn care are loc variţia jocurilor), se
impune prescrierea unei precizii economic necesară.
OBS: Treptele de precizie 01 şi 0 se folosesc ȋn mecanica de precizie; treptele 1, 2,3 4 se folosesc
ȋn fabricaţia de caliber; treptele 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 se folosesc ȋn fabricaţia pieselor care
formează ajutajele; treptele 12, 13, 14, 15, 16 se utilizează ȋn tehnologiile de fabricaţie mai puţin
precise (laminare, presare).În domeniul construcţiilor de motoare sunt des utilizate următoarele
trepte de precizie:
-treapta 5:ajutaj piston-bolţ;
-treapta 7: ajutajele dintre piston şi cămaşa cilindrului, arbore cotit şi lagăre, bucşele
capului bilei etc.
2.6.ALEGEREA AJUTAJULUİ.
Deoarece sistemul İSO permite combinarea cȃmpurilor de toleranţe ȋntr-o mare varietate
de ajutaje, se impune o limitare dupa criteriile economice a acestei game de ajutaje. Acest lucru
s-a realizat prin STAS 8104-68 şi STAS 8105-68, ȋn care apar recomandările referitoare la
cȃmpurile de toleranţe şi ajustajele preferenţiale pentru dimensiuni pȃnă la 500mm ȋn sistemul
alejaj unitar, respective arbore unitar.
Valorile abaterilo limită corespunzătoare cȃmpurilor de toperanţe de uz general, pentru
arbori sau alezaje se gasesc ȋn următoarele stasuri: STAS 8102-68, STAS 8103-68, STAS 8106-
68, STAS 8107-68, STAS 8110-68.
LUCRAREA NR.3
PİSTONUL. GENERALİTĂŢİ. SOLİCİTĂRİ. FORME CONSTRUCTİVE.
MATERIALE. TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE. TEHNOLOGİE DE
REPARAŢİE.
1.GENERALİTĂŢİ.
Grupul piston este ansamblul de organe ale unui motor cu ardere internă care
asigură evoluţia fluidului motor ȋn cilindru. În studiul teoretic al mecanismului
motor, se consideră grupul piston ca fiind alcătuit din:
- piston, bolt, segmenţi - la motoarele ȋn patru timpi;
- piston, segmenţi, tija pistonului - la motoarele ȋn doi timpi.
Principalele funcţii ale grupului piston sunt:
- de a transmite bielei forţa de presiune a gazelor;
- de a transmite cilindrului reacţiunea normală produsă de bielă;
- de a etanşa cilindrul ȋ n ambele sensuri (ȋmpiedică scăparea gazelor ȋn
carter şi pătrunderea uleiului ȋn interiorul camerei de ardere);
- de a evacua o fracţiune din căldura dezvoltată în spaţiul camerei de
ardere, ca urmare a oxidării combustibilului.
OBS 1: Primele două funcţii sunt preluate de piston ȋmpreună cu bolţul, la
motoarele ȋn patru timpi, sau cu tija pistonului, la motoarele ȋn doi timpi.
Ultimele două funcţii sunt asigurate de piston şi segmenti. De asemenea
pistonul are şi o serie de funcţii specifice, din care amintim:
- conţine parţial sau integral camera de ardere;
- asigură mişcarea dirijata a gazelor ȋn cilindru (prin profilarea capului
pistonului);
- este organ de pompare la motoarele ȋn patru timpi;
- este organ de distribuţie şi uneori pompa de baleiaj la motoarele ȋn doi
timpi.
Studiind forma constructivă a oricărui piston vom distinge următoarele
părţi componente (vezi figura 1):
- capul pistonului - este partea superioară a pistonului care preia
presiunea gazelor;
- regiunea port-segmenti - este partea prevăzută cu canale ȋn care se
montează segmenţii;
- mantaua (fusta) - este partea care ghidează pistonul ȋn cilindru şi
transmite forţa normală cămăşii acestuia;
- umerii pistonului - este partea ȋn care se fixează bolţul.
În continuare vom prezenta o problematică legată doar de pistoanele motoarelor
cu aprindere prin comprimare (m.a.c.).
2.SOLİCİTĂRİ.
Pistonul este organul cel mai puternic solicitat al unui motor cu ardere
interna, datorită funcţionării ȋn condiţii de presiune şi temperatură ridicată.
Astfel se pot distinge doua tipuri de solicitări: mecanice si termice.
2.1.SOLİCİTĂRİ MECANİCE.
Acestea sunt rezultatul acţiunii forţei de presiune a gazelor şi a forţelor de
inerţie. Principalele solicitări de natură mecanică sunt:
-solicitarea de ȋncovoiere a capului pistonului ca urmare a acţiunii forţei pF de
presiune a gazelor;
-solicitarea de compresiune a regiunii port-segmenţi datorită acţiunii aceleiaşi
forte pF ;
-solicitarea de ȋntindere a regiunii port-segmenţi datorită acţiunii forţei de inerţie
a masei pistonului situată deasupra regiunii mai sus amintite:
-solicitarea de strivire a mantalei datorită acţiunii forţei normale N.
Efectele acţiunii acestor forţe sunt deformarea şi bătaia pistorsului.
Fenomenul de deformare se datorează forţei pF care se transmite prin umerii
mantalei la bolt. Se constata o deformare a pistonului precum cea din figura 11,a.
Ca atare s-a impus adoptarea unor soluţii, pentru a reduce acest efect cu
consecinţe defavorabile asupra ţinutei de servici a pistonului, precum:
- nervurarea fundului capului pistonului;
- utilizarea pistonului cu articulaţie sferica (p.a.s. sau rotating piston).
În figura 11,b se observă că deformaţia este mult mai redusă faţă de cazul
precedent, iar cel mai avantajos este cazul p.a.s. (vezi figura 7). De asemenea,
forţa N produce deforoarea mantalei, ovalizand-o. Deci, forţa Fp ne da o
deformaţie a pistonului ȋn plan longitudinal, iar N ȋn planul transversal. Ca atare,
se impune adoptarea unui profil longitudinal, respectiv transversal adecvat.
Fig.1.
Cu toate ca aplicarea alternativă ameliorează condiţiile de ungere,
bascularea poate fi evitată parţial prin micşorarea jocului pȃnă la o valoare critică
(la care se evita gripajul) sau prin dezaxarea axei bolţului de cea a cilindrului (nu
vor fi concurente). Existentă acestor fenomene corelate cu solicitările de natură
termică (vor fi tratate ȋn continuare), mai precis cu dilatările neuniforme ale
diferitelor parţiale pistonului, a condus la opţiunea pentru o formă bombată ȋn
planul longitudinal (jocurile ȋn zona capului sunt mai mari decât cele din zona
mantalei) şi uşor eliptică ȋn plan transversal.
2.2.SOLİCİTĂRİ TERMİCE.
În urma proceselor termogazodinamice din cilindrul motor se stabileşte un
transfer de căldura, deopotrivă radiant şi convectiv, ȋntre gazele de ardere şi
piston, care este peretele mobil al camerei de ardere. Fluxul de căldură, printr-un
proces de transfer conductiv, străbate capul acestuia, regiunea port-segrnenţi
(R.P.S.) şi mantaua, imprimȃndu-le un regim termic.
Acest regim termic se caracterizează printr-o distribuţie neoniformă (fig.4)
a câmpului de temperaturi, generatoare de tensiuni de natură termică.
Problema cea mai spinoasă a proiectării unui piston o constituie evaluarea
solicitărilor termice, iar pentru exploatare menţinerea lor la un nivel valoric ce
nu periclitează integritatea acestuia, deoarece ȋn cazul motoarelor navale de
puteri mari se vehiculează fluxuri de căldură mari.
Datele experimentale arată că pistonul preia cca. 6-8% din căldura degajată
prin arderea combustibilului ȋn cazul pistoanelor răcite cu apa, 4-8% pistoanele
răcite cu ulei şi aproximativ 2% pistoanele nerăcite.
În concluzie, se poate afirma că importanţa deosebită trebuie acordată,
solicitărilor termice, deoarece cele de natură mecanică pot fi stăpânite, ȋn general,
prin redimensionarea pistonului.
Diminuarea solicitărilor termice a fost cauza ce a condus la asigurarea unui
sistem de răcire propriu pistoanelor, mai ales ȋn cazul motoarelor ȋn doi timpi,
lente, destinate acţionării propulsorului.
3.FORME CONSTRUCTİVE.
Arhitectura pistoanelor m.a.c.-rilor navale este dependentă de gabaritul
acestora şi de modul ȋn care se realizează ciclul motorului: ȋn patru sau doi timpi.
În anexa lucrării, ȋn figurile 1, 2, 3 şi 4 sunt prezentate principalele forme
constructive ale pistoanelor de m.a.c.-uri ȋn patru timpi. Figurile 5 şi 6 ilustrează
tipuri de pistoane caracteristice motoarelor navale ȋn doi timpi, cu cap de cruce.
Pe baza scurtei analize anterioarea a solicitărilor pistonului se pot justifica
formele constructive, curent adoptate, ȋn industria constructoare de motoare cu
ardere interna.
În primul rand, trebuie menţionat faptul că forma capului pistonului la
m.a.c.-uri poate fi: plată, convexă, profilată după forma jetului de combustibil (ȋn
plan longitudinal) sau conţine cameră de ardere (vezi figura 8).
Cazurile ȋn care camera de ardere se află parţial sau total ȋnglobată
aparţin motoarelor rapide ( 2000n rpm), cu alezaje mici, mai puţin utilizate ȋn
domeniul naval. Figurile 1 şi 2 prezintă pistoane cu alezaje 200D mm,
respectiv 400D mm, realizate dintr-o singură bucată, din aluminiu (a) sau fontă
(b). Se observă că ȋn cazul figurii 2.b, deja, apare necesitatea răcirii forţate (de
obicei cu ulei), deoarece conductibi1itatea termică a fontei este mai redusă ca cea
a aluminiului. O soluţie constructivă deosebită o constituie pistonul cu articulaţie
sferica şi mecanism de rotaţie(figura.3). Principalul avantaj ȋl constituie
uniformizarea încărcării termice şi a uzurii pistonului, asigurarea unor condiţii de
lubrificare constante ȋn timp, precum şi consumuri mai reduse de ulei.
Răcirea acestuia este de tip "împroşcare" cu agent de rărire (cocktail
shaker method), realizată cu ajutorul unor jeturi de ulei. Această răcire asigură o
"spălare" a spaţiului de răcire pe tot timpul cursei pistonului. Pistoanele de
aceasta forma echipează m.a.c.-urile semirapide ce utilizează combustibil greu
(H.F.O.).
Într-adevăr, prin asigurarea unui regim termic redus se evită uzura prin
coroziune. Factorul critic al unei acţuni corozive este temperatura şi prezenţa
sulfului( ȋn cazul motoarelor cu ardere internă), element chimic caracteristic
H.F.O. Se observă, de asemenea, că pistonul este alcătuit din două părţi,dintre
care capul pistonului din oţel, iar mantaua din fontă.
O altă formă constructivă adoptată pentru m.a.c.-urile semirapide, ce
utilizează H.F.O., este cea din fig.4. Lipseşte articulaţia sferică, dar se constată că
la varianta de piston din două părţi, ȋncărcarea termică este mai redusă.
Pentru varianta dintr-o singură bucată se observă existenţa unei inserţii de
oţel ȋn zona primilor segmenţi, care sunt cei mai puternic solicitaţi termic. De
asemenea, se asigură răcirea forţată a capului pistonului.
În cazul motoarelor lente, cu alezaje mari, pistoanele sunt alcătuite din
două sau trei părţi, capul fiind realizat din oţel, iar celelalte din fontă. Având ȋn
vedere temperaturile ridicate dezvoltate ȋn camera de ardere, este necesară răcirea
forţată a pistonului.
În fig.5 se prezintă un sistem de răcire la care apa tehnică este adusă prin
tija pistonului. Agentul de răcire poate fi adus la nivelul spaţiului de răcire din
capul pistonului şi prin tije telescopice, ca ȋn fig.6,a. Cea mai modernă soluţie de
răcire aplicatăa este aceeaşi "ȋmproşcare" cu ulei, mai sus menţionată.
În figura 6,b se observă poziţionarea uleiului de răcire, ȋn spaţiul interior al
capului, pentru această soluţie, ȋn cazul situării pistonului la punctul mort superior
(P.M.S.), respectiv la punctul mort inferior (P.M.İ.). Se constată că indiferent de
poziţia suprafeţei masei de ulei suprafaţa spaţiului de răcire este ȋn permanenţă
"spălata" de agent. Ca atare, regimul termic al pistonului este mult mai redus,
evitandu-se astfel formarea depozitelor de carbon pe suprafaţa pistonului şi uzura
prin coroziune se diminuează. Tot ȋn cazul motoarelor ȋn doi timpi lente, s-a
constatat fisurarea mantalei ȋn zona suprafeţei de contact cu tija pistonului(fig.9).
Drept urmare,s-a optat pentru executarea mantalei din două părţi , fară modificări
majore ale variantei iniţiale (fig. 10).
4.MATERİALE.
Materialele utilizate pentru fabricarea pistoanelor motoarelor cu ardere
internă trebuie să ȋndeplinească o serie de cerinţe:
- cerinţe funcţionale şi de durabilitate:
-rezistenţă mecanică ridicată la temperaturi înalte şi sarcini variabile;
-densitate redusa;
-conductibilitate termică redusa;
-dilatare liniară redusă;
-calităţi superioare antifricţiune la temperaturi mari şi ȋn condiţii grele
de ungere;
-rezistenţa ridicată la uzura corozivă, abrazivă, adezivă; durată de
servici mare;
-cerinţe de fabricaţie:
-cost redus;
-uşurinţa la turnare sau matriţare;
-uşurinţă la prelucrare prin aşchiere.
Pentru pistoanele m.a.c.-urilro navale se folosesc aliaje de aluminiu (Al) sau
aliaje feroase. Prezentăm ȋn continuare o comparaţie ȋntre proprietăţile celor doua
tipuri de aaliaje:
PROPRİERTATE. ALİAJ Al. ALİAJ FEROS.
1).Rezistenţă mecanică mică mare (de 3 ori)
2).Densitate mică mare (de 3 ori)
3).Coef. de conductibilitate mare mic (de 3 ori)
4). Coef. De dilatare mare mic (de 3 ori)
5). Proprietăţi antifricţiune superioare inferioare
6). Turnabilitate mare mică
7).Prelucrare prin aschiere uşoară grea
4.1.ALİAJE DE ALUMİNİU.
Aluminiul se utilizează aliat cu o serie de elemente pentru a-i ȋmbunătăţi
rezistenţa la uzură, mecanică, la oboseală.
Elementele de aliere se pot ȋmpărţi ȋn trei grupe:
-elemente principale de aliere: Si, Cu, Zn;
-elemente secundare de aliere: Ni, Cr, Fe, Co;
-elemente necesare ameliorării calităţii: Ti, Mo.
Prima categorie de elemente de aliere asigură mărirea rezistenţei
mecanice, la oboseală şi reduc coeficientul de dilatare. Cea de a doua categorie
asigură mărirea durităţii (Cr) şi rezistenţa mecanică ȋn condiţii de temperaturi
ridicate(Fe, Ni). Elementele din ultima grupă asigură o cristalizare foarte fină
a materialului, deci proprietăţi imbunătăţite şi ȋn primul rând duritate. Cele mai
uzitate sunt:
-aliaje de Al pe baza de Si (silumini);
-aliaje de Al pe baza de Cu (duraluminiu);
-aliaj Y (Al-Cu-Mg).
Aliajele de Al sunt folosite pentru executarea pistoanelor motoarelor rapide
şi semirapide, cu scopul de a reduce nivelul forţelor de inerţie. Pistonul poate fi ȋn
ȋntregime din aliaj sau capul din oţel şi mantaua din aliaj.
4.2.ALİAJE FEROASE.
În categoria aliajelor feroase, folosite ȋn fabricaţia pistoanelor, intră fonta
cenuşie perlitică, fonta nodulară şi oţelul carbon de calitate sau aliat. Fontele sunt
utilizate la pistoanele motoarelor semirapide cu alezaje 200D mm. Însă, la
motoarele lente, cu alezaje mari, capul pistonului este realizat din oţel carbon de
calitate sau oţel aliat cu Ni şi Cr, iar mantaua din fontă.
5.TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Procesul de fabricaţie al pistoanelor conţine următoarele etape:
-obţinerea semifabricatului;
-tratamente termice;
-prelucrare mecanică (inclusiv măsuri necesare ȋmbunătăţirii aderenţei
uleiului pe piston).
5.1.OBŢİNEREA SEMİFABRİCATULUİ.
Semifabricatul pentru piston se poate confecţiona prin turnare, matriţare
sinterizare. Pistoanele turnate se obţin ȋn forme de nisip (cele din fonte) sau ȋn
cochilii (cele din Al).
OBS 2: Ultimele două procedee se aplică pistoanelor motoarelor cu alezaje mici,
nespecifice domeniului naval.
5.2.TRATAMENTE TERMİCE.
Aliajele de Al pentru pistoane sunt supuse unor tratamente de călire şi
ȋmbătrânire, pentru a le mari rezistenţa mecanică şi la oboseala.
Pistoanele turnate din oţel se caracterizează printr-o structură cristalină
grosieră şi tensionată. Ca atare, înainte de prelucrarea mecanică, li se aplică un
tratament termic de recoacere, pentru o recristalizare completă cu omogenizarea
structurii şi detensionare. Pistoanelor turnate din fontă li se aplică tot un
tratament de recoacere pentru detensionare.
5.3.PRELUCRARE MECANİCA.
Principalele faze ale acestui proces tehnologic sunt:
-alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare;
-prelucrarea suprafeţelor exterioare;
-prelucrarea alezajului pentru bolţ;
-operaţii de găurire şi frezare;
-sortarea pe grupe masice şi dimensionale.
Pentru ȋmbunătăţirea aderenţei uleiului la suprafaţa pistonului se practică
următoarele acoperirii:
-piston din aliaj de Al:
-eloxaraa, cositorirea, plumbuirea, grafitarea;
-piston din aliaj feros:
-cromarea (capului sau a regiunii port-segmenTi).
6. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Reparaţia pistonului reprezintă un set de operaţii tehnologice efectuate ȋn
vederea aducerii piesei uzate ȋn stare de funcţionare.
Principalele operaţii executate sunt:
- restrunjirea canalului segmenţilor (lăţirea acestuia);
- realezarea locaşului bolţului;
- restrunjirea mantalei pistonulu.
Fig.1.
Fig.2.
Fig.3.
Fig.4.
Fig.5.
Fig.6.
Fig.7.
Fig.8.
Fig.9.
Fig.10.
Fig.11.
LUCRAREA NR.4
SEGMENTİİ. BOLŢUL. TİJA PİSTONULUİ Şİ CAPUL DE CRUCE.
GENERALİTĂŢİ. SOLİCİTĂRİ. FORME CONSTRUCTIVE. MATERİALE.
TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
1.SEGMENŢİİ.
1.1.GENERALİTĂŢİ.
Segmenţii reprezintă un set de inele elastice, montate ȋn canale practicate ȋn
piston, destinat a asigura contactul dintre piston şi cămaşa cilindrului.Funcţiile
segmenţilor sunt:
-asigurarea etanşeităţii camerei de ardere;
-reglarea cantităţii de ulei de pe suprafaţa oglinzii camăşii cilindrului;
-ȋmbunătăţirea transferului de căldura de la piston la cilindru.
Functiile precizate sunt corect ȋndeplinite ȋn urmatoarele condiţii:
-suprafaţa exterioară a segmenţilor se află ȋn contact permanent cu oglinda
cămăşii ci1indru1ui;
-flancurile segmentilor se aşează perfect pe suprafeţele corespunzătoare ale
canalelor din regiunea port segmenţi(RPS).
Setul de funcţiuni, mai sus menţ ionat, a impus utilizarea a două tipuri de segmenti:
-segmenţi de compresie, care au ro lul de a etanşa camera de ardere;
-segmenţi de ungere(raclori), care servesc la reglarea cantităţii de ulei de pe
oglinda cămăşii.
Precizam că ȋn timpul funcţionării motorului funcţiile segmentilor se
ȋntrepătrund. Rezultatele experimentale apreciază ca:
a).etanşarea este normală atunci când presiunea dupa ultimul segment este de 3-4% din
presiunea maximă de ardere, iar volumul de gaze scăpat ȋn carter este de cca.02-1% din
volumul de ȋncărcătura proaspătă introdusă ȋn motor;
b).regimul de ungere asigurat de către segmenţi este normal cȃnd consumul de ulei se
menţine ȋn gama 0.9-2.8 g/Kwh.
1.2.SOLİCİTĂRİ.
Asemeni pistonului, segmenţ ii sunt supuşi unor solicitări mecanice şi termice.
Dar, spre deosebire de piston, cele termice sunt menţinute ȋn limite admisibile prin
adoptarea de soluţii constructive adecvate ale ansamblului piston-segmenţi.
Solicitările mecanice sunt datorate acţiunii următoarelor forţe (vezi fig.1):
-forţa de presiune a gazelor F;
-forţa de inerţie F;
-forţa datorată elasticităţii proprii F;
-forţa de frecare F;
-forţa de greutate F.
Fig.1.
Efectul combinat al acestor forţe ȋl constituie o mişcare axială, una radială şi o
rotaţie a segmentului ȋn canalul practicat ȋn piston. Acest lucru afectează ȋn primul rȃnd
funcţia de etanşară a camerei de ardere. Mai precis, prezenţa jocului dintre segmentii şi
locaşurile lor, precum şi pulsaţia axială a acestora asigură pomparea uleiului ȋn camera
de ardere. În fig.2 este prezentat acest fenomen la nivelul unui singur segment.
Fig.2.
Astfel, ȋn mişcarea descendentă segmentul este presat pe flancul superior al
locaşului din RPS de către F şi uleiul pătrurde sub el. În timpul mişcării ascendente
segmentul vine ȋn contact cu flancul inferior al canalului şi uleiul este pompat deasupra
sa. Aceasta cantitate de ulei, va fi preluata de următorii segmenţi, situaţi deasupra,
astfel ȋncat ȋn final va fi introdusă ȋn camera de ardere.
Cauzele care asigură existenţa acestui consum de ulei sunt:
-jocul axial al segmentului, ȋn canalul sau;
-jocul radial al segmentului ȋn canalul sau;
- mărimea fantei de dilatare;
-jocu1 dintre mantaua pistonului şi cămaşa ci1indrului.
Întrucât importanţa majoră provine din partea jocului axial, se aplică următoarele
măsuri pentru reducerea consumului:
-mărirea durităţii flancurilor pentru a micşora uzurile(deci jocurile);
-reducerea jocului axial al segmenţilor inferiori, mai puţin solicitat termic.
De asemenea, datorită contactului cu gazele de ardere fierbinţi, segmenţii sunt supuşi
solicitărilor termice. Temperatura maximă, de cca. C300 , o are primul segment, situat
ȋn vecinătatea capului pistonului. Pentru a nu fi compromise funcţiile segmenţilor, se
urmăreşte menţinerea temperaturii lor ȋn jurul valorii de C850 . Se evită astfel blocarea
acestora ȋn canale, ca urmare a cocsificării uleiului. Factorii care permit controlarea
fluxului terniic Q vehiculat de segmenşi sunt:
-forma suprafeţei interioare a capului pistonului şi modul de racordare cu RPS
(fig.3);
-diferenţa de temperatură dintre piston şi cilindru T.
Fig.3
Cu cȃt T este mai mare cu atȃt fluxul vehiculat către apa de răcire din blocul
cilindrilor este mai mare. Diferenţa de temperatură menţionată anterior depinde de
materialul segmenţilor şi de sistemul de răcire adoptat . Ele preferă segmenţii din fontă,
respectiv sistemul de răcire cu apă tehnică(desalinizată).
Un ultim factor care influenţează solicitările termice ȋl reprezintă mărimea şi
starea suprafeţelor do contact segmenţi-piston şi segmenţi-cămaşă. Suprafeţele amintite
sunt de obicei controlate prin intermediul ȋnălţimii h a segmenţilor. Înălţimea lor este
limitată, deoarece pentru valori mari creşte forţa de inerţie, respectiv se intensifică
fenomenul de pulsaţie axială a segmentului.
1.2.FORME CONSTRUCTIVE.
În general, segmenţii de compresie au ȋnălţimi mici pentru a asigura o inerţie
mică şi deci o etanşare bună. Cei de ungere au ensa o ȋnaltime mare care asigură ȋn
schimb o presiune elastică ridicată. Pentru segmenţii de compresie formele constructive
cele mai utilizate sunt prezentate ȋn fig.4:
a).segmenti cu secţiune dreptunghiulara:
-au o tehnologie de fabricaţie simplă;
b).segmenţi conici:
-asigura micşorarea perioadei de rodaj;
c).segmenţii pană (trapezoida1i):
- prezintă o soluţie eficientă ȋmpotriva blocării segmentului ȋn canal, drept
care sunt plasaţi ȋn vecinatatea capului pistonului.
Fig.4
Fanta (rostul de dilatare) are formele din fig.5. La motoarele ȋn doi timpi există
pericolul ruperii segmenţilor ca urmare a blocării fantei de către ferestrele de
distribuţie. Ca atare rotirea lor este ȋmpiedicată prin utilizarea unui ştift de blocare.
Pentru segmenţii de ungere distingem două tipuri de forme constructive:
a).segmenti cu nas (fig.5):
-poate fi considerat un segment de compresie, dar forma secţiunii sale asigură
proprietăţi de răzuire (fig.5);
Fig.5.
b).segmenţii cu ferestre(fig.6):
-prezenţa ferestrelor implică existenţa a două flancuri dest in ate raclăr ii uleiului.
Fig.6.a.
Faptul că aceşti segmenţi au rolul de a racla uleiul adus de subsistemul de
ungere cilindri, justifică prezenţa orificiilor execucate ȋn RPS. O modalitate de mărire a
presiunii elastice o constituie utilizarea unui arc numit expandor, montat ȋntre
segment şi piston. Pentru alegerea numărului de segmenţi se fac următoarele
recomandar:
a). 3-6 segmenţi de compresie;
b). 1-3 segmenţi de ungere.
Precizăm că ȋn privinţa segmentilor raclori aceştia se montează deasupra
boltului, după segmenţii de compresie, iar ȋn cazul ȋn care jocul dintre cămaşă şi manta
este mare se plasează şi unul pe manta.
Prezentă pe manta a unui segment roclor este determinată şi de tendinţa actuală
de a asigura un regim de ungere la mai multe nivele (mult i-level lubrication).
Astfel, soluţia clasică impune utilizarea unor ungătoare montate la partea
superioară a cămăşii. Soluţia nouă utilizează şi un al doilea set de ungătoare dispuse la
nivelul inferior al mantalei. Se vor ȋmbunătăţi condiţiile de lucru ale cu[lului segmenţi-
cămaşă.
Fig.6.b.
1.4.MATERİALE.
Pentru materialul segmenţilor se impun următoarele cerinţe:
-ȋnaltă rezistenţă la uzură ȋn condiţiile frecării semiuscate şi buna
interacţiune cu materialul camaşii;
-proprietăţi mecanice ridicate şi stabile la temperaturi ȋnalte de
funcţionare;
-conductivitate termică ridicată.
Fonta este materialul care corespunde cel mai bine acestor condiţii, oţelul
uti1izȃndu-se ȋn cazul particular al segmenţilor de ungere.
Tipurile de fontă cele utilizate sunt:
-fontă cenuşie perlitică cu grafit nodular;
-fonta aliată cu Cr, Ni, Wo, Cu etc.
În general elementele de aliere ȋmbunătăţesc proprietăţile mecanice ale fontei,
omogenizează structura cristalină şi măresc stabilitatea elasticităţii ȋn timp.
1.5.TEHMOLGİE DE FABRİCAŢİE.
Semifabricatele pentru, segmenţii motoarelor navale, cu alezaje mari, se
realizează prin metoda turnării ȋn bucşă. Turnarea se face ȋn cochilii metalice, prin
centrifugare. Etapele principale ale procesului de fabricaţie pentru segmenţii de fontă
sunt:
-alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare ;
-prelucrarea suprafeţelor exterioare şi interioare ale segmentului;
-tratamente termice şi termochimice;
-prelucrarea ferestrelor segmentilor de ungere;
-controlul dimensiunilor segmenţilor.
Principalele acoperiri care se aplică segmenţilor sunt:
-fosfatarea-tratament termochimic ce are ca finalitate formarea cristalelor de
fosfat, ȋn stratul superficial;
-cromarea;
-acoperirea cu molibden.
Aceste acoperiri asigură mărirea rezistenţei la uzură şi coroziune.
1.6.TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
În timpul exploatării, uzura cea mai importantă o suportă segmentul de compresiune.
Cea a segmentului de raclare este ȋnsă mai puţin intensă. Deosebim trei tipuri de uzuri
la nivelul segmentilor:
a)uzura abraziva:
-datorată particulelor abrazive care pătrund ȋntre piston şi cilindru;
-particulele pot proveni din uleiul incorect filtrat sau din praful conţinui, in
ȋncărcătura proaspăta;
b)uzura corozivă:
-cauzata de produsele arderii, ȋndeosebi de sulfuri (sulful este prezent ȋn
HFO, curent utilizat de m.a.c.-urile navale);
c)uzura prin eroziune:
-datorată ȋntreruperii filmului de lubrefiant şi apariţ iei frecărilor locale
uscate (metal-metal). În general, ȋn momentul depăşirii limitelor admisibile, impuse
uzurii, segmenţii sunt ȋnlocuiţi.
Este important de menţionat ca firma SULZER a creat un lanţ de măsurare
destinat monitorizării gradului de uzura al segmenţilor motorului: SWIPA-Sulzer
Integrated Piston ring Wear-detecting Arrangsment(vezi fig.7).
Fig.7.
2.BOLŢUL.
2.1.GENERALİTĂŢİ.
Bolţul (axul pistonului) este organul de legătura dintre piston şi piciorul bielei.
Principalele funcţii ale acestuia sunt următoarele:
-transmiterea forţei de presiune a gazelor bielei;
-să permită oscilaţia bielei ȋn planul normal pe axa de rotaţ ie.
2.2.SOLİCİTĂRİ.
Boltul este supus unor solicitări mecanice datorate:
-forţei de presiune a gazelor F ;
-forţei de inerţie a pistonului şi segmenti1or 'F .
Solicitările sale caracteristice sunt:
-ȋncovoierea;
-forfecarea;
-oboseala datorată ȋncovoieri.
Fenomenul de oboseala este cauzat de caracterul variabil al mărimii şi sensului forţelor
mai sus menţionate.
2.3.FORME CONSTRUCTİVE.
Principalele forme constructive sunt prezentate ȋn fig.8:
a). bolţ cu secţiune constantă:
-cei mai uşor de realizat din punct de vedere tehnologic;
b). bolţul cu secţiune cresscătoare:
c). bolţul cu secţiune ȋn trepte.
Bolţul se montează ȋn piciorul bielei prin intermediul unei bucşe de bronz sau
cuzinet. În funcţ ie de tipul ajustajului reprezentat de ansamblurile bo lţ-picior-biela şi
bolţ-umerii pistonului deosebim:
e). bolţ fix ȋn umerii pistonului şi liber ȋn piciorul bielei;
f). bolţ liber ȋn umerii pistonului şi fix ȋn piciorul bielei;
g). bolţ flotant(liber ȋn umerii pistonului şi liber ȋn piciorul bielei).
Varianta ultimă este cea mai avantajoasă deoarece nu impune secţionarea
piciorului bielei, iar uzura este redusa. Mai precis viteza relativă ȋntre bo lţ şi bucşa din
piciorul bielei, respectiv umerii pistonului este redusă ȋn comparaţie cu celelalte
variante de montaj, deci, nivelul uzurii va fi mai scăzut .
Pentru bo lţul flotant se practică soluţii de fixare, ȋn vederea evitării jocului ȋn
lungul axei sale. Astfel, la extremităţile acestuia, se practică două canale, ȋn umerii
pistonului, ȋn plane perpendiculare pe axa bo lţului, ȋn care se plasează siguranţe inelare.
Ungerea acestuia se face cu ulei adus prin corpul bielei.
Fig.8.
2.4. MATERİALE.
Principalele cerinţe impuse materialului utilizat pentru executarea bolţului sunt:
-duritate mare a suprafeţei exterioare (pentru a rezista la uzură);
-rezistenţă ridicată la solicitările cu şoc.
Ca atare se folosesc:
-oteluri carbon de calitate OLC 15, OLC 20;
-oteluri aliate de cementare cu Cr, Mo, Ni, Ti.
Semifabricatele realizate din aceste materiale sunt de forma unor bare tubulare
ori bare laminate sau forjate.
2.5.TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Principalele etape ale procesului de fabricaţie sunt:
-degroşarea şi semifinisare prin strunjire;
-gaurire;
-tratamente termice: comentare, calice C.İ.F.;
-finisare prin rectificare;
-rodare.
2.6.TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
În cazul uzării bolţului este de dorit ȋnlocuirea sa cu unul nou. Repararea bo lţului
se poate face prin aplicarea unei cromări poroase, care asigură un regim de ungere
ȋmbunataţ it. Cromul poros va reţine uleiul ȋn structura sa spongioasă, obţinută prin
tratamentul aplicat.
3.TİJA PISTONULUİ Şİ CAPUL DE CRUCE.
3.1.GENERALİTĂŢİ.
La motoarele ȋn doi timpi, navale, forţa de presiune a gazelor, ce acţionează
asupra capului pistonului, nu este transmisă bielei prin intermediul bolţului.
În mecanismul motor apar două organe specifice acestor m.a.c.-uri :tija
pistonului şi capul de cruce (fig.9).
Fig.9.
Această soluţie constructivă asigură existenţa unei biele de gabarit redus ȋn
comparaţie cu cea aferentă soluţiei clasică de mecanism motor, cu bo lţ. Deci, se reduc
forţele de inerţie ale bielei şi de asemenea nivelul valoric al forţei normale N se
micşorează. Mai mult forţa N va fi preluată de structura de rezistenţă a motorului, ȋn
speţă de carter, prin intermediul capului de cruce.
Deci, tija pistonului şi capul de cruce sunt organele care asigură legătura ȋntre
piston şi bielă la motoarele ȋn doi timpi, cu alezaje mari.
Funcţiile capului de cruce sunt:
-preluarea forţei N şi transmiterea ei carterului;
-ghidarea pistonului ȋn mişcarea sa rectilinie.
3.2. SOLİCİTĂRİ.
Tija pistonului este supusă compresiunii şi flambajului din partea forţei de
presiune a gazelor. În ceea ce priveşte capul de cruce acesta este supus ȋncovoierii din
partea aceleiaşi forţe de presiune a gazelor, iar patina strivirii de către forţa N.
3.3. FORME CONSTRUCTİVE.
Tija pistonului este alcătuită din: flanşa tijei, corpul propriu-zis şi coada tijei.
Tijele motoarelor actuale sunt fixate de piston prin intermediul unei flanşe, ȋnsă există
şi alte variante precum cea din fig.10.
Fig.10.
Se observă că extremitatea superioară a tijei este astfel profilată ȋncȃt ea poate fi
strânsă ȋntre capul pistonului şi celelalte părţi componente ale pistonului,(ȋn speţa
mantaua).
Corpul tijei poate fi tubular sau plin, ȋn funcţie de sistemul de răcire adoptat
pentru piston. Pentru sistemul din fig.10 avem tijă cu corp tubular, iar suprafaţa sa
interioara este protejată de tuburi din oţel inoxidabil. În schimb, sistemul de răcire cu
tije telescopice necesită o tijă cu corpul de secţiune circulară, masivă (plină).
Coada tijei care se montează ȋn traversa capului de cruce, poate fi cilindrică sau
conică. Ea prezintă la extremitatea infecioară un filet pentru piuliţa care asigură
asamblarea ei cu capul de cruce.
Fig.11.
Capul de cruce (fig.12) este format dint r-o traversă (1) paralelipipedică
prevăzuta la extremităţi cu fusurile (2) de care se articulează biela, cu piciorulo tip
furcă. Tot de travesă se fixează şi patinele (3), care culiseaza pe suprafeţe, solidare cu
structura de rezistenţă a motorului, special amenajate numite glisiere.
Fig.12.
În funcţie de numărul pat inelor, capul de cruce poate fi cu patină unilaterală
(figura 11) sau bilaterală (figura 12). În figura 13 este prezentat modul ȋn care se
asamblează tija, capul ce cruce şi biela unui motor SULZER, tip R.D.. Ungerea
suprafeţelor de contact ȋntre glisiere şi patine se realizează cu ulei sub presiune, adus
prin interiorul traversei.
Fig.13.
3.4.MATERİALE.
Tija pistonului se execută din oţel carbon. Traversa capului de cruce este
realizată din oţeluri aliate cu Mo şi Cr, iar patinele din fonta. Glisierele pot fi executate
din fontă sau oţel şi sunt acoperite cu material antifricţiune.
3.5.TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Precesul ce fabricaţie este dependent de forma constructivă aleasă pentru aceste
două organe. Astfel, pentru capul de cruce principalele elemente se obţin prin turnare
sau forjare, după care sunt supuse unor operaţii de strunjire şi frezare.
3.6.TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Uzura importantă este cea a fusurilor traversei. În cazul acesta se aplică o
rectificare mecanică, pentru ȋnlaturarea ovalizării sau conicităţii fusurilor.
LUCRAREA NR. 5
BIELA. GENERALİTĂŢİ. SOLİCİTĂRİ. FORME CONSTRUCTİVE. MATERİALE.
TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
1.GENERALİTĂŢİ.
Biela este organul mobil al motorului cu ardere internă care transmite forţele aplicate
pistonului arborelui cotit, contribuind totodată la transformarea mişcării alternative a grupului
piston ȋn mişcare de rotaţie. Acest organ este alcătuit din trei parţi principale (vezi fig.l):
-piciorul bielei care face legătura cu pistonul prin intermediul bolţului, ȋn cazul motoarelor ȋn
patru timpi sau al capului de cruce şi al tijei pistonului, ȋn cazul motoarelor ȋn doi timpi;
-capul bielei asigura legătura cu fusul maneton al arborelui cotit;
-corpul (tija) bielei este elementul de legătura ȋntre picior şi cap.
Fig.1.
2.SOLİCİTĂRİ.
Biela este solicitată ȋn timpul funcţionării de sarcini variabile determinate de forţa de
presiune a gazelor şi forţele de inerţie ale pistonului şi bielei.
Ca atare solicitările bielei sunt complexe şi se impune studierea fiecărei părţi componente
a acesteia.
Astfel piciorul bielei este supus următoarelor solicitării:
- solicitarea de întindere;
- solicitarea de comprimare; fenomenul de oboseală datorată ȋntinderii, comprimării şi
fretajului.
În cazul corpului distingem;
- solicitarea de ȋntindere;
- solicitarea de comprimare;
- fenomenul de flambai;
- fenomenul de oboseală datorată întinderii, comprimări şi flambajului.
În fine capul este supus doar solicitării de ȋntindere.
OBS 1:
La ȋmbinarea cu bolt flotant ȋn piciorul bielei se presează o bucşă de bronz sau oţel placat
cu material antifricţiune pentru a ȋmbunătăţi condiţiile de lucru ale bolţului. Practic avem o
asamblare a bucşei ȋn picirul bielei prin fretare. İmportante sunt ȋn primul rȃnd fenomenele de
oboseală, deoarece capătă uneori un caracter de şoc. Efectele acestora trebuie să fie anulate prin
forma constructivă adoptată.
De asemenea menţionam că tensiunile maxime apar ȋn regiunea de racordare a piciorului
cu corpul bielei, ceea ce impune masuri riguroase de rigidizare a acestei zone.
Flambajul determină o pertubare a paralelismului axelor alezajelor bielei, având drept
consecinţă accelerarea uzurii lagărelor.
Solicitarea de ȋntindere produce ovalizarea alezajelor, favorizând apariţia gripajuilui.
3.FORME CONSTRUCTİVE.
În general, arhitectura bielei tinde sa ȋmbine rezistenţa şi rigiditate maximă cu masa
minimă. Diferenţe majore ȋntre formele constructive ale bielei sunt generate de modul de
realizare a ciclului, ȋn doi sau patru timpi, sau de modul de dispunere a cilindrilor, ȋn linie
sau ȋn V.
Principalul parametru constructiv al bielei 11 constituie lungimea ei, care influenţează
ȋnălţimea şi uzura motorului. În cazul m.a.c.-rilor se preferă bielele lungi pentru a se reduce
valoarea forţei normale N şi de a preveni uzuri premature. Î n plus, la stabilirea lungimii
bielei trebuie avută ȋn vedere şi traiectoria capului, care prin punctele extreme ale acesteia
determină şi cotele de gabarit ale carterului.
Alături de lungime, un alt parametru important ȋl constituie masa bielei care
influenţează atȃt valoarea forţelor de inerţie ale maselor ȋn mişcare alternativă cȃt şi pe
cele ale maselor aflate ȋn mişcare de rotaţie. Reducerea masei bielei este unul dintre factorii
ce a impus utilizarea capului de cruce ȋn construcţia motoarelor diesel, ȋn doi timpi, utilizate
ȋn dmeniul naval.
Construcţia piciorului bielei este determinată de dimensiunile bolţului, precum şi de
tipul ȋmbinării piston-bielă.
În fig.2 sunt prezentate câteva variante constructive de picior de biela asamblat cu
pistonul prin intermediul u nu i bolţ, variante specifice motoarelor ȋn patru timpi:
a).varianta acesta prezintă şi un orificiu, ce permite accesul uleiului la nivelul
suprafeţei exterioare a bolţului, realizând ungerea lui (ungerea cămăşii se realizează cu ceaţă
de ulei);
b).această soluţie ȋnlocuie orificiul cu o fantă (tăietura) ȋn piciorul bielei;
c)este soluţia specifică bolţului lubrificat cu ulei adus prin tija bielei; ȋn bucşa din picior
se constată un canal care măreşte eficienta ungerii;
d)varianta specifică bolţului asamblat fix ȋn piciorul bielei, ce prezintă o secţionare
oblica.
Fig.2.
O formă constructivă specifică bielelelor motoarelor ȋn patru timpi, ce utilizează H.F.O., este
piciorul sferic, care permite rotirea pistonului ȋn timpul funcţionarii.
În cazul motoarelor ȋn doi timpi, piciorul bielei este ȋn forma de furcă (vezi fig.3),
soluţie ce permite articularea cu traversa capului de cruce.
Fig.3.
În privinţa corpului bielei, acesta trebuie sa posede un moment de inerţie maxim atȃt ȋn
planul de oscilaţie, cȃt şi ȋn cel perpendicular pe acesta. Profilul care corespunde acestei
condiţii este cel ȋn dublu T (sau İ), cu tălpile orientate normal pe pianul de oscilaţie (vezi
fig.4.a).
Pentru asigurarea rigidităţii capului bielei, lăţimea bielei (adică dimensiunea
transversală a bielei din planul de oscilaţie) se măreşte pe măsura creşterii distantei fata de
picior.
În cazul ungerii bolţului cu ulei trimis de la fusul maneton al arborelui cotit, tija bielei
prezintă un canal pe toată lungimea sa (vezi fig.4.b).
Fig.4.
Bielele motoarelor lente, ȋn doi timpi, au tija de forma circulara sau tubulară, forma ce
uşurează din punct de vedere tehnologic execuţia.
Capul bielei poate fi executat:
a).demontabil faţă de tija bielei (vezi fig.5)-in acest caz capul este şi el realizat din două
parţi;
Fig.5.
b). cu capac dernontabil (vezi fig.1).
Prima variantă se ȋntâlneşte mai des la motoarele ȋn doi timpi, iar a doua la cele ȋn
patru timpi.
În cazul capului cu capac demontabil secţionarea se poate face dupăun:
-plan normal pe axa biele i( fig.1);
-plan ȋnclinat la 45 (fig.6).
Preluarea forţei tF la capul cu secţionare oblică se face prin intermediul unor renuri
(fig.6.a) sau pragur i (fig.6.b şi c).
Fig.6.
În figura 7 este prezentată zona de racordare tijă-cap, ȋn care are loc o
concentare de tensiuni (1) şi modul ȋn care poate ȋnlăturata (2).
Fig.7.
Capacul se montează de restul bielei pr in intermediul a 2 sau 4 şuruburi.
Acestea au o formă specială care asigură o rezistenţă sporita la oboseală. La motoarele
ȋn V, bielele cilindrilor care formează V-ul se articulează pe acelaşi maneton ȋn trei
moduri, prins:
a). ambielaj alăturat;
-bielele sunt identice şi se montează succesiv pe acelaşi maneton
b). ambielaj cu bielă cu cap ȋn forma de furcă (fig.8);
-este alcătuit dintr-o bielă furcă (1) ş i o bielă interioara (2), articulate pe
acelaşi cuzinet (3).
c) ambielaj articulat (fig.9);
-există o bielă mamă (1) ş i o bie letă (2).
Fig.8.
Fig.9.
4. MATERİALE.
Cerinţele impuse materialelor bielelor sunt:
-rezistenţă mare la oboseala;
-rezistenţă la solicitări cu caracter de şoc;
-proprietăţi bune de forjare;
-stabilitate la tratamente termice.
Se utilizează pentru bielele de gabarite mari oţel carbon de calitate OLC45 sau
OLC50, iar pentru bielele de dimensiuni mai reduse o ţeluri aliate cu Cr, Ni, Mo, Mn, V.
Bucşa montată ȋn piciorul biele i este executată din aliaje Bz-Pb, Bz-Al sau Bz-Sn.
5.TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Etapele principale ale procesului tehnologic sont:
a).obţinerea semifabricatului;
-se realizează prin for jare urmată de o durificare a straturilor superficiale
pr in ecruisare cu jet de alice;
b).alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare ;
c).prelucrarea prealabilă a alezajelor din capul ş i piciorul bielei;
d).prelucrarea găurilor pentru şuruburile de bielă;
e).prelucrarea de finisare a alezajelor.
6.TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Defectele curent constatate sunt :
-fisuri sau rupturi;
-reducerea distanţei dintre axele capului ş i pic io rului;
-rizuri pe suprafaţa interioară a capului;
-ȋncovoierea sau răsucirea bielei;
-uzura locaşului pentru bucşă;
-uzura planului de separare (secţionare) a capului.
Fisurile, rupturile şi rizurile de orice natură sau poziţie, detectate vizual, conduc la
rebutarea bielei, deci ȋnlocuirea ei. Aceleaşi măsuri se iau şi ȋn cazul reducerii distanţei dintre
axele capului şi piciorului bielei.
În cazul ȋncovoierii sau răsucirii, biela este îndreptat mecanic (cu presa hidraulică sau cu
şurub) sau termic.
Uzurile alezajelor din cap şi picior sunt ȋnlăturate prin alezarea şi rectificarea lor.
Automat se impune şi frezarea planului de secţionare al capului bielei, pentru a menţine
dimensiune nominală a acestuia.
La şuruburile de biela nu se admit reparaţii, deoarece defectarea lor are consecinţe
grave pentru integritate structurii de rezistenţă a motorului.
LUCRAREA NR. 6
ARBORELE COTİT. GENERALİTĂŢI. SOLİCİTĂRİ. FORME CONSTUCTİVE.
MATERIALE. TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢIE. TEHNOLOGIE DE REPARAŢIE.
1.GENERALİTĂŢİ.
Arborele cotit este organul mobil al motorului cu ardere internă care ȋnsumează lucru
mecanic produs ȋn cilindri, transformând mişcarea alternativă a pistoanelor ȋn mişcare de
rotaţie.
Ca atare el este organul motorului care permite transmiterea momentului motor util
utilizatorului.
Elementul de bază al structurii arborelui cotit ȋl constituie cotul. Numărul de coturi ale
acestuia este direct dependent de modul de dispunere a cilindrilor motorului. În cazul motoarelor
utilizate ȋn domeniul naval ȋntalnim cel mai des pe cele cu cilindri ȋn linie, cu i coturi (i=nr. dr
cilindri) sau ȋn V, cu i/2 coturi. Pentru motoarele ȋn stea, menţionăm că există cȃte un cot pentru
toţi cilindrii situaţi ȋn acelaşi plan perpendicular pe axa de rotaţie..
Distribuţia coturilor arborelui cotit ȋn jurul axei de rotaţie este dictată de condiţia
uniformităţii aprinderilor, iar ȋn lungul ei de considerentele de echilibrare.
Părţile componente ale unui cot sunt:
-fusurile palier:
-au rolul de a sprijini arborele;
-fusul maneton:
-realizează articularea arborelui cu biela;
-braţele:
-asigură legătura dintre paliere şi maneton.
La extremităţile arborelui cotit se prevăd diferite dispozitive şi mecanisme care deservesc
motorul.
Definim partea posterioară a arborelui cotit ca fiind acea extremitate prin care transmite
momentul motor consumatorului. Extremitatea opusă se numeşte parte anterioară.
La partea posterioara se află volantul cu coroana sa dinţată, care la motoarele mici este
montat ȋn consolă, iar la motoarele mari ȋntre ultimul lagăr palier şi un lagăr exterior.
Tot pe arbore se montează roata dinţată de antrenare a pompelor de apa şi ulei, ȋn cazul
motoarelor de puteri mici cum sunt D.G.-urile, sau a dispozitivelor de echilibrare. De asemenea,
tot arborele este cel care asigura prin angrenaje, acţionarea sistemului de distribuţie al motorului,
precum şi, atunci cȃnd este cazul, clapeţii care asigură asimetria procesului de schimb de gaze la
motoarele ȋn doi timpi. Antrenarea clapeţilor se poate face şi cu lanţ Gall.
În fine, la partea anterioară se montează amortizorul de vibraţii torsionale, iar pe braţe se
fixează contragreutăţile pentru echilibrare.
2.SOLİCİTĂRİ.
În timpul funcţionarii motorului, arborele cotit este supus unor sarcini variabile, datorate
forţei de presiune a gazelor şi forţelor de inerţie. Rezultatul acţiunii acestor sarcini ȋl constituie
apariţia unor tensiuni compuse de încovoiere, torsiune, întindere şi compresiune.
Caracterul variabil al acţiunii sarcinilor determină existenţa fenomenului, de oboseală.
Acest fenomen este generat la nivelul fiecărui element component al cotului de următoarele
solicitări:
-palierul:
- torsiune;
-manetonul:
- ȋncovoiere ȋn planul cotului;
- incovoiere ȋn plan normal pe cel al cotului;
-braţul:
- ȋncovoiere ȋn planul braţului;
- ȋncovoiere ȋn planul cotului;
- ȋntindere sau comprimare;
- torsiune.
Acţiunea fenomenului de oboseala este atenuată prin diminuarea influenţei factorilor de
care este dependent: concentratorii de tensiuni, calitatea suprafeţei piesei, natura materialului,
tipul ciclului de solicitare variabilă care ȋncarcă piesa, dimensiunile şi forma piesei.
Sub acţiunea simultană a acestor solicitări cotul suferă o deformaţie complexă, precum cea
din fig.1 (vezi fibra 4 ) .
F ig . 1 .
Acelaşi caracter variabil al forţelor şi momentelor care ȋncarcă arborele generează oscilaţii
mecanice ale structurii acestuia. Distingem trei tipuri de vibraţii (oscilaţii), de ȋncovoiere, de
torsiune şi axiale. .
Dacă ȋn cazul motoarelor de puteri mici (vezi cele auto) importante sunt doar vibraţiile
torsionale, la motoarele utilizate ȋn domeniul naval efectul tuturor celor trei tipuri de oscilaţii este
important, ȋntre ele existând un fenomen de cuplare şi ca atare efectul este amplificat.
Exceptând solicitările mai sus menţionate, amintim că fusurile sunt supuse unui proces
intens de uzură prin frecare.
3.FORME CONSTRUCTİVE.
Ca urmare a solicitărilor complexe la care este supus, structurii arborelui cotit i se impun
satisfacerea urmatoarelor cerinţe:
-rezistenţă ridicată la oboseală;
-rigiditate mare;
-rezistenţă sporită la uzură a suprafeţei exterioare a fusurilor;
-să fie echilibrat dinamic.
Toate aceste cerinţe ȋndeplinite, parţial sau ȋn totalitate, ȋn funcţie forma constructivă adoptată
pentru elementele constructive ale cotului.
3.1.PALİERE.
Fusurile paliere sunt, ȋn general, porţiuni cilindrice pline sau găurite, cele pline fiind
specifice motoarelor lente, iar cele găurite motoarelor rapide. Întrucât diametrul palierelor este
acelaşi, lungimea lor depinde de ȋncărcarea lor. Valoarea acestei ultime dimensiuni a fusului este
impusă de limitarea presiunii medii de contact ȋntre el şi cuzinet a.ȋ. filmul de lubrifiant să nu fie
ȋntrerupt. Ca atare fusurile paliere mai ȋncărcate vor fi mai lungi.
De asemenea, numărul lor este de obicei, dar exista variante care nu subscriu acestei
condiţii. Astfel putem avea la motorul cu:
a). i=2 cilindri ȋn linie, 2sau 3 paliere;
b). i=4 ȋn cilindri ȋn linie, 3, 4 sau 5 paliere;
c). i=6 ȋn cilindri ȋn linie, 4 sau 7 paliere;
d). i=8 ȋn cilindri ȋn linie, 5 sau 9 paliere;
e). i=8 ȋn cilindri ȋn V, 3 paliere;
În cazurile menţionate mai sus, ȋn care au fost suprimate o parte din paliere, raiul lor
de susţinere este preluat de braţe.
3.2MANETOANE.
Au aceeaşi formă ca şi palierele, se impune observaţia că ele sunt ȋn general găurite,
pentru a micşora nivelul valoric al forţelor de inerţie.
În plus, amintim că manetoanele găurite, a căror cavitate ȋn formă de butoiaşi(vezi fig.2)
asigură o rezistenţă la oboseală sporită faţă de cavităţile cilindrice.
Fig.2.
3.3.BRAŢELE.
Forme constructive ale braţelor sunt prezentate ȋn fig.3. Se observă că prin ȋnlaturarea
colţurilor formei dreptunghiulare, care nu participă la preluarea eforturilor, se obţin formele
teşite. Teşiturile pot fi realizate după unul sau mai multe planuri.
Fig.3.
Reducerea grosimii, ȋn vederea reducerii lungimii arborelui, a impus mărirea lăţimii
acestuia, pentru a se păstra aceeaşi suprafaţă a secţiunii, ȋn care se exercită acţiunea sarcinilor. Se
obţin astfel formele eliptice şi rotunde, care asigură şi o rezistenţă mărită la oboseală.
Un alt element constructiv al arborelui cotit, solidar cu braţele, ȋl constituie masele de
echilibrare sau contragreutăţile. Acestea sunt necesare pentru a micşora momentele interioare,
chiar dacă din studiul dinamic rezulta echilibrarea completă a forţelor de inerţie. Ele descarcă
fusurile, micşorând frecările, drept care randamentul mecanic se măreşte.
Mărimea contragreutăţii trebuie să fie, pe cȃt posibil, cuprinsă ȋn corpul de revoluţie
descris prin rotaţia braţului de manivela.
Contragreutăţile pot fi executate dintr-o bucată cu braţul sau separat de acesta. Pentru
contragreutăţile separate prezentăm ȋn fig.4 două variante de montare pe braţ:
a).fixare prin ghidaj ȋn coadă de rândunică;
b).fixare cu şuruburi.
Fig.4.
3.4 . CONCENTRATORİİ DE TENSİUNE.
Aceştia reprezintă unul dintre cei mai importanţi factori ce influenţează rezistenţa la
oboseală a arborelui. Concentratorii specifici arborelui cotit sunt:
-zona de racordare fus-braţ;
-orificiile de ungere ale fusurilor;
-canalele de ungere.
Anihilarea concentrării tensiunilor ȋn zona de racordare fus-braţ este realizată prin
utilizarea unei raze de racordare mari sau prin racordare cu degajare (vezi fig.5).
Fig.5.
În privinţa orificiilor de ungere, menţionăm faptul că acestea trebuie plasate ȋn zona
de uzura minimă a suprafeţei fusului. Creşterea rezistenţei la oboseală se obţine prin ȋngroşarea
zonei ȋn care se află orificiul (vezi fig.6) sau prin ecruisarea marginilor acestuia prin presare. În
fine, canalele de ungere nu trebuie plasate ȋn zona de racordare fus-braţ.
Fig.6.
Dacă fusurile au găuri acestea sunt prevăzute la capete cu:
-capace stemuite (fig.7.a);
-capace filetate (fig.7.b);
-capace cu tirant (fig.7,c).
În figura 7,c se observă existenţa unei ţevi presate ȋn orificiul de ungere. Ea are rolul de a
vehicula ulei din zona centrală a fusului, ȋntrucȃt mişcarea de rotaţie a arborelui asigură
centrifugarea impurităţilor din ulei către peretele interior al fusului. O mărire a rezistenţei
arborelui se realizează şi prin asigurarea interferenţei fusurilor
.2
ml dd
R
Fig.7.a.b.c.
4. MATERİALE.
Cerinţele impuse materialelor pentru arbori cotiţi sunt:
-rezistenta mare la oboseală;
-posibilitatea obţinerii unei durităţi ridicate a suprafeţei exterioare a fusurilor;
-buna prelucrabilitate.
Se utilizează, ȋn general, oţeluri nealiate pentru arborii motoarelor lente navale (OL42,
OL50) sau fontă modificată cu grafit nodular. Pentru motoarele rapide, de gabarite mici, arborele
este executat din oţel aliat cu Cr, Ni, Mo.
5.TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Etapele principale ale procesului tehnologic sunt:
- obţinerea semifabricatului;
- alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare;
- prelucrarea de semifinisare a fusurilor paliere şi manetoane;
- operaţii de găurire;
- tratamente de durificare;
- operaţii de finisare şi echilibrare.
Obţinerea semifabricatului se face prin forjare liberă sau ȋn matriţă, ori prin turnare.
Arborii din oţel sunt forjaţi, iar cei din fontă turnaţi. De aemenea, ȋn funcţie de cotele de gabarit,
pot fi executaţi dintr-o bucată sau asamblaţi (din mai multe bucali).
Semifabricatelor li se aplică apoi tratamente termice pentru ȋmbunatatirea preluerabilităţii
prin aschiere: celor din oţel normalizare, iar celor din fontă feritizare.
În urma operaţiilor de finisare a fusurilor, acestora li se aplică o călire cu curenţi de ȋnaltă
frecvenţă(C.İ.F.), comentare sau nitrurare. Rezultatul este ȋmbunătăţirea calităţii suprafeţei
fururilor, deci a rezistenţei la oboseală.
De asemenea, se aplica o roluire a zonei de racordare fut-braţ, care are ca efect
aceeaşi creştere a rezistenţei la oboseală.
În final, fusurilor li se aplică o operaţie de superfinisare pentru lustruirea fusurilor.
6. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Principalele defecte ale arborilor cotiţi ai motoarelor navale sunt:
-uzura fusurilor manifestată prin:
- ovalizare şi conicizare;
- pierderea coaxialităţii;
- pierderea paralelismului ȋntre paliere şi manetoane;
- modificarea distanţei ȋntre paliere şi manetoane.
-fisurări;
-deformarea arborelui prin ȋncovoiere sau răsucire;
-ruperea arborelui.
Ovalizarea şi conicizarea se elimină prin rectificarea fusurilor. Fisurile sunt eliminate prin
ȋncărcarea lor cu cordon sudat electric. Se mai pot monta bandaje de consolidare a braţului, când
fisura este prezentă pe acesta.
Deformările sunt ȋnlăturate prin mijloace mecanice sau termice. Se aplică o deformare
plastică de sens opus celei existente. În cazul ruperii arborele se sudează, dar siguranţa ȋn
funcţionare va fi redusă.
LUCRAREA NR.7
BLOC CİLİNDRİ. CHİULASĂ. TİRANŢİ. GENERALITĂŢİ.
SOLİCİTĂRİ. FORME CONSTRUCTİVE. TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
1.BLOC CİLİNDRİ.
1.1. GENERALITĂŢİ.
Blocul cilindrilor este organul fix al motorului cu ardere internă, ȋn interiorul căruia
se desfăşoară procesele termogazodinamice, obţinȃndu-se lucru mecanic prin deplasarea
pistonului ȋntre punctele sale moarte. Acest organ se compune din:
- cămaşa (sau bucşa)cilindrului:
-este partea sa interioară, care vine ȋn contact cu gazele de ardere;
- blocul propriu-zis al cilindrului;
-este partea exterioară, care delimitează sau conţine spaţiu1 de răcire.
1.2. SOLİCİTĂRİ.
Principalele solicitări la care este supus blocul cilindrilor, mai ales cămaşa, sunt:
-solicitări termice:
-datorate gradientului de temperatură stabilit ȋn peretele cilindrului(o faţă a sa este ȋn
contact cu gazele de ardere, iar alta cu fluidul de răcire);
-solicutări mecanice:
-tensiuni datorate actiunii presiunii gazelor de ardere;
-ȋntindere, forfecare şi ȋncovoiere a gulerului cămăşii;
-ȋncovoiere a cămăşii sub acţiunea fortei normale N.
1.3. FORME CONSTRUCTİVE.
Cilindrii se execută ȋn bloc comun, pentru motoare cu alezaje mici
mmD 400 sau ȋn blocuri individu, pentru motoarele cu alezaje mari mmD 400 .
În funcţie de modul de montare al cămăşii se disting:
- cămăşi umede:
-spaţiul de răcire este delimitat de peretele interior al blocului cilindri1or şi cel
exter al cămăşi; sunt cele mai răspândite;
- cămăşi uscate:
-spaţiul do răcire este inclus complet ȋn structura blocului, fluidul de răcire
neavȃnd contact cu peretele cămăşii; apar la unele motoare ȋn patru timpi. Se pun două
mari probleme, ȋn ceea ce priveşte alegerea formei constructive: etanşarea la gaze şi aer
,respectiv ungerea cămăşii.
În fig.1 este reprezentată cămaşa de tip umed a unui motor ȋn doi timpi, naval, cu
baleiaj ȋn contracurent. La partea superioară a cămăşii, sub guler se plasează o garnitură
de cupru. Etansarea ȋn zona ferestrelor de baleiaj se face cu garnituri de cauciuc, iar ȋn
zona ferestrelor de evacuare cu garnituri de cupru. La acest tip de cămăşa se observă
existenţa spaţiilor de răcire şi ȋn gulerul cămăşii(atenuează uzura corozivă).
Fig.1
Ungerea cămăşii este asigurată de un circuit special, prin intermediul unor
ungătoare, fixate ȋn bloc, şi al unor canale practicate pe suprafaţa zonei superioare a
cămăşii.
În cazul motoarelor ȋn patru timpi, cămăşa este de tip uscat sau umed. Etanşarea
la partea superioara se face prin intermediul unei garnituri de cauciuc, iar la cea inferioară
cu inele de cauciuc (fig.2.a) sau garnitura (fig.2.b). Ungerea cămăşi se realizează prin ceaţă
de ulei.
Fig.2.a şi b.
La motoarele din generaţiile mai noi s-a ridicat problema reducerii uzurii corosive şi
datorită frecării a cămăşii.
În vederea reducerii frecări sa introdus ungerea de tip multi-level (la mai multe nivele).
În fig.3 se observa că admisia uleiului, pe oglinda cămăşii s-a realizat la două nivele faţă de
unul, ȋn varianta originala.
Fig.3
S-a constatat o reducere şi a uzurii, corosive ȋn zona superioară a cămăşii. De asemenea,
unul dintre principalii factori ce influenţează coroziunea este temperatura. Ca atare, s-a optat
pentru forme constructive de cămaşă cu gulerul scurt, prevăzut cu spaţii de răcire (fig.4). Forma
este astfel aleasă ȋncȃt temperatura suprafeţei interioare a cămăşii să fie cȃt mai redusă, pentru a
reduce coroziunea, dar superioară punctului de rouă (dew-point). Pentru a preveni condensarea
vaporilor de apă şi a fracţiunilor grele din combustibil, ceea ce ar conduce la spălarea filmului
protector de lubrefiant.
Fig.4
Aceeaşi soluţie de răcire a gulerului cămăşii a fost aplicată şi motoarelor ȋn patru timpi,
mai ales la cele care funcţionează si cu combustibil greu (fig.5).
Toate aceste optimizări au permis creşterea valorică a presiunii medii efective, deci a
performantelor motorului, deoarece nivelul uzurilor, deformaţiilor şi solicitărilor poate fi
controlat, ȋn condiţii le realizării unor presiuni ridicate ȋn cilindru.
Firma Sulzer a realizat lanţuri de măsurare, pentru monitorizarea uzurii cămăşii, cȃt şi a
nivelului temperaturii acesteia (de ex. sistemul LWT-Liner Wall Tesiperature).
LWT ȋmpreună cu SIPWA (Sud zer Integrated Piston—ring Wear-detecting
Arrangament) sunt integrate ȋntr-un sistem complex de monitorizare a parametrilor motorului:
MAPEX (Monitoring and mAintenance Enhsncement with expert knowledge).
Fig.5
1.4.MATERİALE.
În general , cămăşile sunt executate din fontă aliată cu Cr, Ni, V şi Mo. Fonta asigură
proprietăţi antifricţiune bune, iar elementele de aliere ȋi conferă rezistenţă la uzură.
În cazuri speciale se pot utiliza oţeluri aliate cu Cr sau oţeluri grafitate.
1.5. TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Camasa este executată prin turnare centrifugala. Pentru a-i mari rezistenţa la uzură şi
duritatea aceasta este supusă unor tratamente :
-nitrurarea: se aplica cămăşilor din oţel ale motoarelor rapide;
-cromare: asigură creşterea durităţii, iar pri prezenţa parazitaţilor ȋn stratul de Cr se obţine o
ameliorare a ungerii (uleiul este reţinut ȋn pori). În cazul aplicării prin depunere electrolitică a
Cr, se supune, ulterior, cămaşa unei lustruiri cu zgârieturi. Efectul este similar cu cel al stratului
de Cr poros (de ex.la motoarele tip ALCO).
1.6. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Blocul ciliudeilor şi cămaşa poate suferi avarii ca urmare a defectelor ascunse de
turnare sau datorită deteriorării unor organe mobile .
Remedierile se limitează en general la fisuri mici. Înlăturarea lor se face prin utilizarea
sudurii electrice, de stifturi sau olări metalice.
În privinţa camaşii, se cunoaşte că uzura ȋn plan longitudinal conduce la conicitate
(uzura este mai accentuată la partea superioară), iar ȋn plan transversal la ovalitate.
Ca atare, cămaşa va fi supusă alezării, urmată de operaţii de finisare: honuire sau
strunjire cu aşchie lată.
2.CHİULASA.
2.1. GENERALITĂŢİ.
Chiulasa este organul fix al motorului cu ardere internă care ȋnchide cilindrul la partea
superioară, dinspre punctul mort superior. Aceasta poate conţine total sau parţial camera de
ardere. În cazul motoarelor ȋn doi timpi, chiulasa permite montarea, ȋn locaşuri special
amenajate, injectoru1ui, supapei de lansare, supapei de siguranţă şi a robinetului,de purjare.
La motoarele ȋn patru timpi sunt plasate: injectorul,supapele de admisie,supapele de
evacuare,robinetul depurjare.
Chiulasa este răcită cu apă tehnică, deci este astfel profilată ȋncȃt prezintă spaţii
interioare de răcire .
2.2. SOLİCİTĂRİ.
Solicitările chiulasei sunt de două tipuri, fapt ce este o consecinţă a funcţiei sale de
perete superior al camerei de ardere. Avem:
- solicitări termice ale fundului chiulaşei;
- solicitări mecanice: încovoiere ca urmare a acţiunii presiunii gazelor.
2.3. FORME CONSTRUCTİVE.
Forma este impusă de tipul şi gabaritul motorului. Astfel pentru motoarele cu alezaje
reduse chiulasele se execută ȋn bloc, pe când la motoarele cu alezaje peste 400 mm sunt
individuale şi chiar din două bucăţi.
Astfel, ȋn fig.6 este reprezentată chiulasa unui motor ȋn doi timpi, destinat propulsiei. Se
constată existenţa chiulasei inferioare, respectiv superioare, asamblate prin prezoane, precum şi a
spatiilor anterior menţionate.
Fig.6
Apa de răcire provine din blocul cilindrilor şi este, vehiculată spre spaţiile de răcire prin
nişte racorduri.
În fig.7 este reprezentată chiulasa unui motor ȋn patru timpi destinat funcţionarii atât cu
combustibil uşor cȃt si cu greu. Profilarea spaţiului de răcire asigură:
-solicitări termice reduse şi uniforme din punct de vedere va1oric;
-deformaţii reduse ale chiulasei;
-uzuri şi ȋncărcări termice uniforme ale supapelor.
Fig.7
Etanşrea dintre blocul cilindrilor şi chiulasă se face cu garnituri de Cu sau şnur de
azbest. Deoarece chiulasa este tot un perete al camerei de ardere, consideraţiile referitoare la
uzura corozivăfăcute la 1.3. sunt valabile şi la chiulasă: menţinerea unui regim termic
adecvat.
S-a constata ȋnsa ca zonele de uzură intense sunt cele din perimetrul orificiului duzei
injectorului (vezi fig. 8). Drept care, se' impune aplicarea unor tratamente suplimentare
zonei respective,de mărire a rezistenţei la uzură (acoperire cu Ni).
Fig.8
2.4.MATERİALE.
Pentru chiulasă se folosesc ȋn mod uzual,următoarele tipuri de matertale:
-fonte aliate cu Cr, Ni, Mo, Cu;
-oţel aliat cu Mo;
-aliaj de Al (la chiuloase executate ȋn bloc).
2.5. TEHNOLOGİE DE FABRİCAŢİE.
Chiulasele se obţin prin turnare, deoarece se obţin uşor formele camerei de ardere şi a
spatiilor interioare. La motoarele navale pentru a uşura construcţia reprezentată de chiulasă,
aceasta se executa din tabla sudată.
2.6. TEHNOLOGİE DE REPARAŢİE.
Cele mai periculoase solicitări sunt cele de natură termică, ce pot conduce,impreuna cu
cele mecanice la fisurări ale fundului chiulasei. .
Metodele curente de reparare:
-sudura electrica sau oxiacetilenica;
-mijloace mecanice;
- utilizarea dopurilor sau a fundului fals.
3.TİRANŢİİ.
Tiranţii sunt organele fixe ale motorului cu ardere internă, care au rolul de a menţine
montate ȋntu-un ansamblu unic placă de bază, blocul coloanelor şi blocul cilindrilor.
Sunt de forma unor tije prevăzute la capete cu porţiuni filetate. Organele fixe sunt
asamblate prin strângerea cu piuliţe, plasate la extremităţile tiranţilor. Capetele superioare sunt
prevăzute cu capace de protecţie a zonei filetate. Tiranţii sunt executaţi din oţel carbon (OL 35)
sau oţeluri aliate.
