Fabricarea și repararea autovehiculelor - Bolțul pistonului

Capitolul 1 Analiza condițiilor tehnico-funcționale ale bolțului pistonului

1.1 Rolul funcțional și solicitările bolțului pistonului

Bolțul pistonului (organul de articulație) are rolul de a realiza articulația dintre piston și bielă la motoarele fără cap de cruce, el fiind montat în umerii pistonului și în piciorul bielei. Transmite forța de presiune a gazelor din cilindru de la piston la bielă. [1]

Prin montarea cu joc a bolțului fie în piston, fie în piciorul bielei fie în ambele piese se asigură mișcarea de oscilație a bielei față de axa cilindrului. [1]

Bolțul pistonului este supus unor solicitări mari produse de forțele de presiune a gazelor și de forțele de inerție ale pistonului echipat cu segmenți. Sub acțiunea acestor forțe apar solicitările de încovoiere atât în secțiune transversală, cât și în secțiune longitudinală (solicitarea de ovalizare). Deoarece aceste forțe sunt variabile, bolțul pistonului este supus atât solicitărilor la oboseală, cât și solicitării cu șoc. Forțele precizate produc deformația de încovoiere care determină o distribuție neuniformă a presiunii dintre bolț și umerii pistonului. În condiții de rigiditate redusă a construcției poate apărea ruperea umerilor pistonului în zona de racordare a acestora cu mantaua pistonului. De asemenea, bolțul pistonului este supus și solicitării de forfecare. [1]

Tensiunile și deformațiile care apar la aceste solicitări impun bolțului să aibă rezistență mecanică și rigiditate ridicate. [1]

Bolțul pistonului lucrează în condiții grele de funcționare atât datorită temperaturilor ridicate în umerii pistonului (120-150 °C), cât și datorită frecării semifluide care favorizează uzura. Regimul termic al bolțului pistonului are un rol hotărâtor asupra ungerii. Nivelul regimului termic al bolțului se limitează pe mai multe căi și anume: prin reducerea presiunii specifice dintre bolț și suprafețele de reazem, prin reducerea valorilor rugozităților suprafețelor, prin intensificarea alimentării cu ulei a îmbinării, prin îmbunătățirea calității lubrifiantului, pin mărirea rigidității bolțului. Întrucât mișcarea de rotație a bolțului are un caracter alternativ, cu viteze periferice reduse aproximativ 1 m/s, nu se poate realiza ungerea în regim hidrodinamic. Pe de altă parte, alimentarea cu ulei se face cu dificultate și are, în general, un caracter discontinuu; ca urmare se instalează un regim semifluid de ungere. [1]

Creșterea uzurii accentuează creșterea jocurilor din cupla bolț-umerii pistonului, amplifică solicitarea cu șoc, pelicula de ulei este expulzată, uzura se amplifică. [1]

Figura 1.1 Schemă de ansamblu piston-bolț-bielă pentru calculul solicitărilor

Ungerea suprafețelor active: bolț-piston, bolț-bielă.

Piciorul bielei sau/și umerii trebuie alimentați cu ulei atunci când bolțul este liber in aceste piese. Ungerea poate fi liberă sau forțată. [1]

Ungerea liberă se aplică mai ales motoarelor in patru timpi. Se prevăd găuri in umerii pistonului si in piciorul bielei, acolo unde tensiunile sunt mai mici. [1]

Sensul forței care acționează asupra bolțului se schimbă la motoarele in patru timpi in punctele moarte determinând apariția unei depresiuni intre bolț si umăr, respectiv intre bolț si piciorul bielei, depresiune ce favorizează pătrunderea picăturilor de ulei din carterul motorului prin găurile din umeri si piciorul bielei, printr-un ușor fenomen de aspirație. [1]

Ungerea forțată cu ulei sub presiune a ansamblului bolț-picior bielă se realizează prin aducțiune de ulei prin corpul bielei. La motoarele puternic solicitate se unge sub presiune si umărul pistonului, aducând ulei pe traseul corpul bielei - piciorul bielei - peretele sau interiorul bolțului - umărul pistonului. [1]

Pentru limitarea tensiunilor, deformației și uzurii se impun bolțului următoarele cerințe: [1]

- Masă redusă pentru limitarea forțelor de inerție

- Rezistență mecanică ridicată la oboseală

- Rigiditate ridicată

- Rezistență mare la uzură

Aceste cerințe se asigură prin alegerea judicioasă a construcției bolțului pistonului, a materialelor și a tehnologiei de fabricație.