UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ- NAPOCA

FACULTATEA DE MECANICĂ

SPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE

SEMESTRUL l , AN UNIVERSITAR 2014-2015

PROIECT DE SEMESTRULA DISCIPLINA CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA AUTOVEHICULELOR

Îndrumător de proiect: Student:

as. dr. ing. Doru Băldean Pop Andrei

Anul lV, Grupa: 2444/1

Temă de proiect :

Să se proiecteze bolțul și segmenții pentru autoturismul VW Lupo, an fabricaţie 2000, motorizare:1.4i, 44 [kW].

Structura generală a proiectului :

Coperta

Subcoperta

Cuprinsul proiectului cu paginație pe capitol și subcapitole

Memoriul tehnic justificativ al proiectului în care se defineste subansamblul sau piesa proiectată

Memoriul tehnic al proiectului in care se vor parcurge etapele de dimensionare, verificare,

fabricare

Intreținerea, verificarea și repararea

Bibliografie

Partea grafică

Student:

Pop Andrei

2

CUPRINS

LA DISCIPLINA CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA AUTOVEHICULELOR............................1

1. SEGMENTUL...........................................................................................................................................41.1. Rolul functional.................................................................................................................................41.2.  Constructia segmentului....................................................................................................................41.3.  Solicitarile segmentilor......................................................................................................................61.4.  Materiale de fabricatie.......................................................................................................................8

2.AXUL PISTONULUI (BOLTUL).............................................................................................................92.1. Rolul funtional....................................................................................................................................92.2 Constructia boltului..............................................................................................................................92.3. Solicitarile boltului...........................................................................................................................102.4. Materialele de fabricatie...................................................................................................................11

3

1. SEGMENTUL

1.1. Rolul functional

Segmentii pistoanelor indeplinesc, in principal, functia de etansare a camerei de ardere.

Segmentii care impiedica scaparea gazelor din camera de ardere spre carter se numesc

segmenti de comprimare, iar cei care impiedica trecerea uleiului spre camera de ardere se

numesc segmenti de ungere.

Segmentii de comprimare indeplinesc o functie suplimentara: evacueaza o mare parte

din caldura preluata de piston catre cilindru. La randul lor, segmentii de ungere indeplinesc si ei

o functie suplimentara: dozeaza si distribuie uniform uleiul pe camasa de cilindru. In situatia in

care ei nu indeplinesc decat functia de radere a peliculei de ulei, se mai numesc si segmenti

raclori.

1.2.  Constructia segmentului

Segmentul este de forma unui inel taiat. Distanta

s dintre capete se numeste rost. Dimensiunea

caracteristica a sectiunii dupa directia radiala se

numeste grosime radiala a, iar cea dupa directia axiala

se numeste inaltimea h. In stare montata, diametrul

exterior al segmentului este egal cu alezajul D, iar

diametrul interior este, evident,  .

Fiecare piston se echipeaza cu doi segmenti sau

mai multi de comprimare si cu unul sau doi segmenti de

ungere. In cazul utilizarii a doi segmenti de ungere, cel

inferior poate fi amplasat si pe manta, sub bolt.

4

Segmentii se monteaza in canalele practicate pe periferia pistonului. Cerinta

fundamentala pentru realizarea etansarii este ca segmentul sa se aseze perfect cu suprafata

Sl pe oglinda cilindrului si cu suprafata frontala Sf pe flancul inferior fi sau inferior fs al canalului

de piston(fig.2.12).

Pentru a asigura contactul, segmentul trebuie sa dezvolte o presiune pe cilindru, din care

cauza trebuie sa fie elastic. In acest scop, segmentul in stare libera are diametrul exterior

Do mai mare decat diametrul exterior in stare montata D(fig.2.11). De aici rezulta ca rostul in

stare libera so trebuie sa fie mai mare decat rostul in stare montata sm.

Ca urmare, in fibrele interioare apar reactiuni elastice, datorita carora segmentul dezvolta

pe cilindru o presiune numita presiune medie elastica. Elasticitatea segmentului se

opune tendintei de intrerupere a contactului,     provocata de deformatiile de montaj, termice si

de uzura suferite de cilindru. De aceea segmentul se monteaza in canal cu un joc axial a si un

joc radial r.

Fig 2.12

Din punct de vedere constructiv, segmentii se impart in doua categorii:

a)      segmentii cu elasticitate proprie;

b)      segmentii cu expandor.

Segmentii de comprimare cu elasticitate proprie au o mare varietate de tipuri

constructive. Segmentul cel mai simplu este cel realizat cu sectiune dreptunghiulara (fig.2.13.a).

Muchiile ascutite racleaza energic pelicula de ulei, iar perioada de rodaj este mai mare. Aceste

dezavantaje se inlatura prin utilizarea unor segmenti cu muchia laterala inclinata (fig.2.13.b), cu

degajari pe suprafata laterala (fig.2.13.c) sau cu muchiile tesite (fig.2.13.d), forma cea mai

avantajoasa fiind cea bombata. (fig.2.13.e).

5

Fig 2.13

O solutie eficienta contra blocarii segmentului o constituie segmentul trapezoidal

(fig.2.13. f si g). Durabilitatea se mareste acoperind suprafata laterala a segmentului cu un strat

protector de crom sau molibden (fig.2.1. h, i si j) sau introducand in aceasta suprafata insertii de

cositor, bronz sau oxid de fier cu grafit. (fig.2.13. k si l).

Segmentii de ungere se grupeaza in doua clase: segmenti cu sectiune unitara sau

neperforati (fig.2.14. a,b si c) si segmenti cu sectiune radiala perforata (fig.2.14.d si e). Numarul

si dimensiunile orificiilor, precum si dimensiunile spatiului de acumulare a uleiului sub segment

determina eficienta segmentului.

Fig 2.14

Capetele segmentilor comporta prelucrari diferite, cea mai simpla fiind taietura dreapta

(fig.2.15.a). Experienta arata ca scaparile nu sunt practic influentate de pozitia taieturii pe

piston, chiar atunci cand toate rosturile sunt pe aceiasi generatoare. De aceea, rotirea

segmentului nu este impiedicata.

.              Fig.2.15

In schimb la motoarele in 2 exista pericolul agatarii capatului segmentului de marginile

ferestrelor cilindrului si, de aceea, ele se blocheaza intr-o pozitie fixa in canale cu ajutorul unor

stifturi montate in fundul canalelor de piston.

6

1.3.  Solicitarile segmentilor

Alaturi de solicitarile mecanice produse de reactiunile

elastice din segment, acesta mai este supus la insemnate solicitari

termice. Dintre toti segmentii, cel superior (dinspre pmi) are nivelul

termic cel mai ridicat, deoarece vine in contact cu gazele fierbinti si

cu portiunea cea mai calda a pistonului. De aceea, el este numit si

segmentul de foc. Fig.2.16

Temperatura segmentului variaza radial, avand valoarea

minima pe suprafata de contact, pe directia axiala temperatura segmentului fiind practic

constanta. Urmarind deplasarea fluxului termic prin segment (fig2.16), se observa ca un rol

deosebit il joaca suprafetele de contact ale segmentului si deci, variatia convenabila a caldurii

evacuate din piston se obtine modificand cele doua dimensiuni principale ale segmentului, a si

h.    

Procesul de uzura a segmentului are trei aspecte fundamentale:

a)      uzura adevarata sau de contact;

b)      uzura abraziva;

c)      uzura coroziva.

Cazurile de uzura prin oboseala sunt foarte rare.

                  Fig 2.17

Fata de pozitia optima a segmentului in canal (fig.2.17.a), se pot ivi abateri de provocate de

dezaxarea pistonului in cilindru datorita jocurilor (fig.2.17.b si c), de inclinarea flancurilor canalului fata de

planul normal de la axa cilindrului (fig.2.17.d), de dilatarea sau uzarea cilindrului (fig.2.17.e) sau de toate

aceste la un loc. Deformarea segmentului si uzura lui (fig.2.17. f si g) impiedica, de asemenea, contactul

perfect pe suprafata de lucru. Se intelege ca asemenea abateri, micsorand suprafata de contact,

reduc  si eficienta etansarii.

7

1.4.  Materiale de fabricatie

Materialul pentru segmenti trebuie sa posede urmatoarele proprietati:

a)      calitati bune de alunecare, pentru a atenua pierderile mecanice in conditiile frecarii

semifluide si pentru a preveni gripajul;

b)      duritate ridicata, pentru a prelua sarcinile mari de contact si pentru a rezista la uzura

coroziva si abraziva;

c)      rezistenta la coroziune pentru a atenua efectul atacurilor chimice si electrochimice;

d)      rezistenta mecanica la temperaturi relativ mari, pentru a realiza un segment usor, de

dimensiuni reduse;

e)      modul de elasticitate superior la temperaturi relativ mari, invariabil in timp, pentru a

preveni vibratiile;

f)        calitati bune de adaptabilitate rapida la forma cilindrului.

Nu exista materiale care sa satisfaca simultan cerintele enumerate. Otelul este

impropriu, intrucat nu poseda calitati satisfacatoare de alunecare, find folosit doar cand sunt

necesare rezistente mecanice sporite. Cel mai des intalniti sunt segmentii din fonta. Fonta

trebuie sa contina, ca orice material antifrictiune, doua faze: o faza dura, cu rezistenta mecanica

inalta, pentru a prelua sarcinile de contact si o faza moale, cu rezistenta mica la deformatia

plastica, ceea ce asigura proprietatea antigripanta a materialului. Fonta pentru segmenti care

satisface bine cerintele unui material antifrictiune este fonta cenusie perlitica, cu grafit lamelar.

La MAC-uri supraalimentate, primul segment suporta sarcini termice ridicate si, de

aceea, se utilizeaza frecvent segmenti de otel. Pentru a imbunatati comportarea la alunecare,

otelul se grafiteaza.

O cale de marire a durabilitatii segmentului o constituie protejarea lui cu straturi metalice

superficiale, care sunt de doua categorii: unele maresc rezistenta la uzura in timpul functionarii,

altele imbunatatesc rodajul. Protejarea segmentului la uzura coroziva se asigura uneori prin

acoperirea cu un strat superficial de fosfor.

8

2.AXUL PISTONULUI (BOLTUL)

2.1. Rolul funtional

Axul pistonului (boltul) este un organ intalnit la motoarele fara cap de cruce, la care biela

este articulata direct de piston, deci la motoarele rapide si semirapide. El transmite forta datorita

presiunii gazelor de la piston la biela (miscarea plan - paralela).

2.2 Constructia boltului

Pentru ca biela sa poata oscila fata de axa cilindrului, boltul se monteaza cu joc fie in

piston, fie in biela sau cu joc in ambele organe (boltul flotant).

Cand boltul este fix in biela, el are o miscare continua in umerii pistonului si, pentru

preintampinarea uzurii boltului sau a umerilor pistonului, se prevad bucse de bronz. Cand boltul

este flotant (cazul cel mai des intalnit), el este antrenat intr-o miscare alternativa de rotatie de

catre forte de frecare variabile, iar dupa un anumit numar de cicluri motoare executa o rotatie

completa. De aceea, uzura acestui tip de bolt este mai mica in comparatie cu a celorlalte tipuri

constructive.

Forma boltului este impusa din considerente de masa, de rigiditate, de fabricatie. Forma

tubulara asigura o masa redusa si o rezistenta corespunzatoare. Boltul cu sectiune constanta

(fig.2.18.a) este o solutie tehnologica simpla. La motoarele rapide, grosimea peretilor se reduce

mult. Pentru marirea rigiditatii boltului acesta se confectioneaza sub forma unui solid de egala

rezistenta (fig.2.18.b), dar solutia creeaza dificultati tehnologice.

Fig 2.18

Intrucat deformatia maxima de incovoiere apare in sectiunea centrala, iar cea de

ovalizare se produce intr-o zona centrala reprezentand cca.20% din lungimea boltului, o

rigiditate suplimentara se obtine prin prelucrarea cilindrica in trepte a suprafetei interioare

(fig.2.18. c si d), ceea ce este avantajos si pentru forfecare.

9

In ceea ce priveste montajul boltului, solutia fixarii sale in piston

si a montarii libere in piciorul bielei elimina ungerea boltului in locasurile

din piston, dar produce o concentrare mare de tensiuni la marginile

umerilor si mareste masa imbinarii.

Montajul fix in biela prezinta avantajul micsorarii dezaxarii bielei

si, implicit, reducerea intensitatii zgomotului in functionare. Montajul

flotant al boltului, desi mareste dezaxarea bielei, reduce uzura boltului

in umerii pistonului. In acest caz, insa, apare posibilitatea deplasarii

axiale a boltului, producandu-se rizuri pe oglinda cilindrului. Fig.2.19

Miscarea axiala a boltului se limiteaza pe doua cai. Metoda cea mai raspandita consta in

fixarea unor inele de siguranta in santurile practicate in umerii pistonului (fig.2.19.a). Inelele de

siguranta impiedica trecerea frontala a uleiului pe suprafata boltului din locas. Acest dezavantaj

poate fi inlaturat prin intermediul unor capace sferice la exterior (fig.2.19.b), confectionate din

material usor si moale (aliaj de Al sau Mg).         

2.3. Solicitarile boltului

Boltul dezvolta forte de inertie care incarca

organele mecanismului motor. De aici rezulta

necesitatea ce masa botului sa fie cat mai redusa.

Boltul lucreaza in conditii grele de solicitare

mecanica, fiind solicitat de forta de presiune a

gazelor si de forta de inertie dezvoltata de piston.

Intr-o sectiune transversala, apar solicitari de

incovoiere care provoaca deformarea boltului dupa

axa songitudinala (fig.2.20.a). Solicitari de

incovoiere apar si in sectiunea longitudinala, solicitari care deformeaza boltul in plan Fig.2.20

transversal – deformarea de ovalizare (fig.2.20.b).                              

Primele solicitari produc ruperea boltului in planul transversal, iar celelalte in plan

longitudinal.

10

In prima faza a arderii, fortele de presiune inregistreaza cresteri rapide care

produc solicitarea prin soc. De asemenea, caracterul variabil al sarcinii produce fenomenul de

oboseala al boltului.

Experienta arata ca deformarea de ovalizare a boltului produce si ruperea piciorului

bielei, iar incovoierea boltului poate produce si ruperea locasurilor boltului din piston.

2.4. Materialele de fabricatie

Materialele pentru bolt trebuie sa fie tenace pentru a rezista la solicitarile prin soc. Un

material tenace are insa o deformare mare – ceea ce nu corespunde solicitarilor de incovoiere

si oboseala. Se obtin solutii de compromis daca se asigura o duritate ridicata stratului

superficial si o tenacitate ridicata miezului.

Materialele care satisfac cel mai bine aceste conditii sunt OLC si OLA (elemente de

aliere: Cr, Ni, Mn, Mo), cu continut redus de carbon (0,12…0,35%). Prin tratamentul

termochimic de cementare se aduce duritatea suprafetei la nivelul dorit. Acest procedeu este

scump si el se inlocuieste adeseori cu calirea superficiala pe o adancime de 1,0…1,5mm.

                                                

11