Tehnologia de fabricație și de recondiționare pentru reperul bolț, cilindru și piston

Partea I – Memoriu tehnic

1.Introducere (Descrierea piesei, rol, condiţii de funcţionare, cerinte)

Bolţul

Bolţul, sau axul pistonului, este organul de legătura prin intermediul căruia se transmite forţa de presiune a gazelor de la piston la bielă, asigurând mişcarea relativă dintre aceste două organe.

Este solicitat de forţa de presiune a gazelor şi de forţa de inerţie a pistonului care dau o rezultantă variabilă ca mărime şi sens.

Efecte :

- solicitarea cu şoc datorită existenţei jocurilor, dar şi datorită creşterii rapide a gradienţilor de presiune in faza de ardere ;

- încovoierea bolţului în secţiune longitudinală ;

- ovalizare in plan transversal ;

- apariţia forfecării in zona dintre umerii pistonului şi piciorul bielei ;

- caracterul variabil al sarcinii produce fenomenul de oboseală ;

Din cele arătate, pentru asigurarea unor condiţii normale de funcţionare bolţului, se impun următoarele cerinţe :

- mare rezistenţă la încovoiere şi la oboseală ;

- deformări minime ;

- rezistenţa la uzură pentru suprafaţa de lucru ;

- masă mică ;

- simplitate constructivă ;

Cămaşa cilindrului

Cămaşa cilindrului, sau cilindrul, este organul motorului în interiorul căruia evoluiază fluidul motor.

Este supus solicitărilor :

a) mecanice : - datorate forţei de presiune a gazelor şi datorita forţei normale N a

pistonului pe cilindru ;

- datorate vibraţiilor produse de variaţia forţei de presiune a

gazelor şi forţei normale N ;

b) termice : - datorate fluxului mare de căldură care traversează pereţii

cilindrului

Principala cauză a scoaterii din funcţionare o constituie uzura suprafeţei interioare ce cunoaşte toate cele trei tipuri reprezentative : corozivă, abrazivă şi adezivă.

Uzarea corozivă este rezultatul contactului dintre metal şi unii produşi agresivi care se formează in procesul de ardere ( acidul acetic, azotic, formaldehidele, vaporii de apă ) şi care condensează pe oglinda cilindrului. Deasemenea prezenţa sulfului în compoziţia combustibilului accentuiază acţiunea corozivă datorită SO2, SO3 care împreună cu vaporii de apă conduc la H2SO4, H2SO3. Un rol hotărâtor în dezvoltarea acţiunii corozive îl are temperatura oglinzii pentru că atunci când coboară sub punctul de rouă aceste produse agresive condesează pe cilindru ( punctul de rouă este temperatura minimă la care substanţa se mai află în stare de vapori ). Uzarea corozivă este maximă la partea superioară.

Uzarea abrazivă a oglinzii cilindrului este produsă de particule dure, abrazive din atmosferă ( particule de cuarţ ), din ulei ( aşchii de ulei, particule de calamină, cuarţ ) şi din combustibil. Profilul uzării abrazive arată că este concentrată la partea inferioară când este provocată de particulele dure din ulei şi în zona superioară când este provocată de particulele dure din aer sau din combustibil.

Aceste condiţii de funcţionare impun următoarele cerinţe :

- rezistenţă ridicată la acţiunea gazelor ;

- mare rezistenţă la uzură ;

- siguranţa etanşeităţii la gazele din interior şi a mediului de răcire în exterior ;

- simplitate constructivă

Pistonul

Pistonul îndeplineşte următoarele roluri :

- transmite forţa de presiune a gazelor bielei ;

- preia reacţiunea provenită de la peretele cilindrului şi transmite cilindrului reacţiunea normală produsă de bielă ;

- contribuie la realizarea formei camerei de ardere ;

- la motoarele in doi timpi este un element din sistemul de distribuţie a gazelor

El constituie un organ foarte puternic solicitat mecanic şi termic; este supus unor importante forţe de frecare, iar partea exterioară a capului pistonului care vine în contact cu fluidul motor trebuie sa facă faţă şi acţiunii corozive a gazelor de ardere.

Solicitările mecanice sunt o consecinţă a forţelor care acţionează asupra pistonului. Aceste forţe sunt de trei categorii:

1. forţa direct aplicată care este dată de diferenţa dintre presiunea gazelor din cilindru şi presiunea din carter;

2. forţa de inerţie ca o consecinţă a masei pistonului şi variaţiilor de viteză pe care le înregistrează; ea este întotdeauna direcţionată după axa pistonului;

3. forţele de legătură date de acţiunea pistonului asupra bielei (este o forţă dirijată după axa bielei) şi acţiunea pistonului asupra cilindrului (este o forţă normală care aplică pistonul pe cilindru şi o forţa de frecare).

În timpul funcţionării, capul pistonului vine în contact permanent cu fluidul motor care, pe timpul arderii, atinge temperaturi de peste 20000C. Ca urmare el primeşte o cantitate foarte mare de căldură pe care trebuie să o evacueze deoarece altfel funcţionarea mecanică ar fi compromisă. Evacuarea căldurii primite se face în special spre cilindru şi într-o măsură mai mică spre carterul motorului.

Deoarece căldura este primită numai prin capul pistonului temperatura descreşte în lungul pistonului, de la cap spre partea inferioară a mantalei. Nivelul şi variaţia temperaturii depind de tipul motorului, materialul şi construcţia pistonului, proprietăţile şi mişcarea gazelor, agentul de răcire al motorului. Datorită diferenţelor de temperatură, dilatările pistonului vor fi inegale, capul pistonului dilatându-se mai mult decât mantaua. Datorită neuniformităţii repartiţiei materialului, chiar într-o zonă cu aceeaşi temperatură, dilatările sunt inegale, dilatări ce sunt influenţate şi de regimul de funcţionare al motorului. Deci pistonul propriu-zis nu poate asigura etanşarea; de aceea este necesar să se prevadă pistonul cu segmenţi.

Din punct de vedere al materialului, cu cât temperatura este mai mare, calităţile de rezistenţă mecanică se înrăutăţesc, scade în special duritatea, ceea ce conduce la o uzură mai pronunţată.

În regiunile unde capul pistonului este bătut în continuu de flacără, materialul poate fi ars sau poate da naştere fisurii, ceea ce impune schimbarea pistonului.

Ţinând cont de rolul pistonului şi de solicitările complexe şi puternice pe care trebuie să le suporte în procesul de funcţionare, rezultă că el trebuie să satisfacă următoarele condiţii:

1. Să asigure etanşarea cilindrului la orice regim de funcţionare;

2. Să primească cât mai puţină căldură pe la capul pistonului pentru a reduce importanţa problemelor termice;

3. Să aibă proprietăţi de transmitere a căldurii cât mai bune;

4. Să asigure un consum minim de ulei;

5. Să fi cât mai uşor, pentru a reduce importanţa forţelor de inerţie translatorii, dar în acelaşi timp suficient de rezistent şi rigid;

6. Să asigure un lucru mecanic de frecare minim, deoarece pierderile prin frecare ale pistonului reprezintă aproximativ 60% din totalul pierderilor prin frecare la motoarele rapide;

7. Să aibă durabilitate mare oricât de grele ar fi condiţiile de exploatare