10

PROIECTAREA BOLULUI

Principii de proiectare a bolului

Proiectarea bolului trebuie s satisfac cerinele privind obinerea unei mase ct mai reduse i o rigiditate sufiecient pentru funcionarea mecanismului motor. Se adopt forma tubular n diferite variante (fig.10.1) funcie de tipul motorului i felul mbinrii cu biela i pistonul.

Fig.10.1. Forme constructive ale bolului

La motoarele de turaie ridicat pentru a se reduce valorile forei de inerie se adopt o grosime minim a pereilor (25 mm). La MAC datorit turaiilor mai sczute i presiunii din cilindri mai ridicat se adopt o grosime mai mare a peretelului bolului (813 mm). Bolul cu seciune constant (a) este soluia tehnologic simpl i aplicabilitatea cea mai larg. Pentru a se mri rigiditatea bolului acesta se confecioneaz sub forma unui solid de egal rezisten (b) sau cu seciunea n trepte (c i d).

mbinarea bolului cu piciorul bielei i pistonul se poare realiza dup una din soluiile:

- bol fix n piston i liber n piciorul bielei (fig. 10.2.a.);

- bol fix n piciorul bielei i liber n piston (fig.10.2.b);

- bol flotant (fig.10.2.c i d).

Utilizarea primei soluii de montaj necesit asigurarea printr-un urub care strpunge pereii locaului din piston precum i pe cei ai bolului sau presarea bolului n pistonul nclzit la 423 - 473 K. Soluia este punin utilizat datorit dezavantajelor pe care le prezint: concentrare de tensiuni la marginile gurii; mrete lungimea piciorului bielei; reduce rigiditatea bolului i mrete masa mbinrii.

Soluia a doua de mbinare se realizeaz prin construcia bielei cu picior elastic sau printr-un montaj cu strngerea piciorului bielei . Se nclzete la 510 ... 550 K. Montajul cu bol fix n piciorul bielei permite reducerea lungimii piciorului bielei i a bolului. De asemenea dezaxarea bielei se reduce la jumtate fa de montajul bolului flotant, ceea ce determin reducerea uzurii i a nivelului de zgomot.

Asamblarea cu bol flotant prezint avantajul asigurrii unor uzuri minime i uniforme att pe lungime ct i pe circumferin deoarece se micoreaz vitezele relative dintre suprafee i permite realizarea unei rotaii complete a bolului dup un numr de cicluri. Deplasarea axial a bolului este nmpiedicat prin montarea a dou inele de sigura n locauri speciale practicate n piston (fig.10.2.c), ntruct inelele elastice ngreuneaz trecerea uleiului spre zonele de ungere de pe suprafaa bolului n capetele lui. Se preseaz dopuri din materiale moi care nu produc uzuri cmii cilindrului. (fig.10.2.d).

Bolul trebuie s aib un miez tenace pentru a rezista la solicitri cu oc i o duritate mare a suprafeei exterioare pentru a rezista la uzur. Materialele care satisfac cel mai bine aceste condiii sunt oelurile carbon de calitate i oeluri aliate de cementare (Cr, Ni, Mo, V). Suprafaa bolului se cementeaz pe ntreaga lungime i pe adncime de 0,51,5 mm (Stratul superficial are o duritate de 5565 HRC iar miezul 3545 HRC).

Fig.10.2. Tipuri de mbinri piston-bol biel: a) bol fix n piston liber n piciorul bielei; b) bol fix n piciorul bielei i liber n piston; c,d) bol flotant

Tratamentul de cementare este o operaie scump i se nlocuiete cu clirea superficial prin CIF, pe o adncime de 1,01,5 mm.

Pentru a se asigura jocurile de montaj se impun condiii stricte privind precizia dimensional i de form ale bolului. Bolul se execut n cmpul de toleran corespunztor clasei 1 de precizie. Abaterea de la forma cilindric se limiteaz la 2,53,0 mm iar a suprafeei interioare 3,26,3 mm.

Calculul bolului

Dimensiunile bolului (fig.10.3.) se adopt se baza datelor statistice (Tab.10.1.) i se efectueaz calculele de verificare a rezistenei la uzur, a solicitrilor mecanice i a deformaiilor precum i precizarea prin calcul a jocurilor de montaj.

Tabelul 10.1.

Dimensiunile constructive ale bolului

DimensiuneaM.A.S.M.A.C.

Fig. 10.3. Dimensiunile bolului

Diametrul exterior de [mm](0,240,28)D(0,340,38)DDiametrul interior di [mm](0,650,75)de (0,600,75)deLungimea bolului l [mm]

-bol flotant

-bol fix

(0,800,87)D

(0,880,93)D

(0,800,87)D

(0,880,93)DLungimea de contact cu piciorul bielei lb

- bol flotant

- bol fix

(0,300,40)D

(0,260,30)D

(0,320,42)D

(0,270,32)DVerificarea la uzur

Rezistena la uzur poate fi apreciat dup mrimea valorilor presiunilor specifice n piciorul bielei (pb) i n umerii pistonului (pp).

Schema de calcul este artat n fig.10.4.

Convenional se consider c fora care solicit bolul este:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.1)

- presiunea n locaurile din piston;

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.2)

- presiunea n piciorul bielei;

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.3)

Valorile calculate pentru presiunile specifice nu trebuie s depeasc 2050 MPa pentru piciorul bielei i 1535 MPa pentru locaurile din piston.

Materialul bucei are o rezisten la uzur superioar materialului pistonului, de asemenea ungerea bucei se realizeaz mai uor dect ungerea locaurilor din piston, de aceea lungimea bucei este mai mic dect lungimea bozajelor 2lp=(1,11,3)lb.

Fig.10.4.Schema de calcul a bolului

Verificarea la ncovoiere

Tensiunea maxim determinat de momentul ncovoietor la mijlocul bolului se calculeaz cu relaia:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.4)

unde:EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h

Valoarea admisibil a tensiunii unitare maxime de ncovoiere este de 250500 N/mm2 pentru oel aliat i de 120150 N/mm2 pentru oel carbon.

n cazul bolului flotant solicitarea variaz dup ciclu simetric, iar pentru determinarea coeficientului de siguran se utilizeaz ecuaia:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.5)

Valoarea minim a coeficientului de siguran trebuie s fie cuprins ntre 1,02,2.

Pentru bolul fix n biel, ciclul este asimetric, iar coeficientul de siguran se calculeaz cu ecuaia:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.6)

Valoarea admisibil a coeficientului de siguran la ncovoiere pentru bolul fix n piciorul bielei este cuprins ntre 24.

Efortul unitar mediu (sm) i amplitudinea eforturilor unitare (sa) se determin cu urmtoarele relaii:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.7)

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.8)

unde: simax i simin se calculeaz cu relaia (10.4) pentru valorile maxime i minime ale forei F.

Pentru parametrii care intr n relaiile de calcul ale coeficientului de siguran se pot folosi urmtoarele valori:

- rezistena la oboseal pentru ciclul simetric de ncovoiere:

s-1 = 180250 N/mm2 pentru oel carbon;

s-1 = 340380 N/mm2 pentru oel aliat.

- rezistena la oboseal pentru ciclul pulsator de ncovoiere:EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h;

- coeficientul tensiunilor EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h;

- coeficientul efectiv de concentrare la solicitri variabile: bk=1seq User_Box \* Arabic \h;

- factorul dimensional: e = 0,8...0,9;

- coeficientul de calitate al suprafeei:

- bol clit cu suprafa lustruit: g = 1,11,5

- bol cementat cu suprafaa lustruit: g = 1,52,5

Verificarea la forfecare

Verificarea la forfecare se realizeaz n seciunile dintre prile frontale ale bosajelor i piciorul bielei.

Tensiunea unitar la forfecare se determin cu relaia:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.9)

Valoarea admisibil a efortului unitar este de (150220)N/mm2 pentru oel aliat i (80120) N/mm2 pentru oel carbon.

Calculul de ovalizare

Pentru a se studia ovalizarea se consider bolul ca o grind curb n seciune transversal ncrcat cu o sarcin distribuit sinusoidal (p = p0sin().

Deoarece ipoteza nu este riguros exact, rezultatele se corecteaz prin majorarea forei F cu un coeficient care ine seama de raportul dimensiunilor (a).

Tensiunile unitare de ncovoiere ntr-o seciune oarecare ( iau urmtoarele valori n fibra interioar (si)_ i n fibra exterioar (se).

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.10)

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.11)

unde:EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h

Valorile eforturilor unitare de ovalizare n seciunile caracteristice se obin din condiiile ( = 00 i ( = 900.

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.12)

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.13)

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.14)

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.15)

Fig.10.5.Repartiia sarcinii

Pentru simplificarea calculelor funciile h1, h2, h3, h4 mpreun cu factorul de corecie K s-au reprezentat grafic n funcie de raportul dimensional a n figura 10.6.b.

Tensiunile unitare iau valori extreme n seciunile longitudinale, paralele cu planul cilindrilor i normale pe planul cilindrilor. n seciunea (=0, n fibra exterioar apar tensiuni unitare de ntindere iar n fibra interioar apar tensiuni unitare de compresiune. n seciunea (=90 eforturile unitare n cele dou fibre schimb semnul. Valoarea admisibil pentru tensiunile unitare de ncovoiere este cuprins n intervalul 140300 N/mm2.

Deformaia maxim de ovalizare se produce ntr-un plan normal pe axa cilindrului i se calculeaz cu relaia:

EMBED Equation.2[mm]seq User_Box \* Arabic \h(10.16)

Se recomand ca deformaia de ovalizare s fie mai mic dect jocul radial la cald.

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h unde EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h

Calculul jocului la montaj

Fig.10.6.Variaia tensiunilor unitare de ovalizare n bol(a) i valorile mrimilor K, h1, h2, h3,h4 (b)

Pentru a menine jocul la cald n limitele recomandate pentru o bun funcionare este necesar s se calculeze jocul de montaj dintre bol i locaul su din piston:

EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h(10.17)

unde:EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h [1/K] -coeficientul de dilatare al materialului bolului;

EMBED Equation.2 [1/K] seq User_Box \* Arabic \h- coeficientul de dilatare al materialului pistonului;

tb = 423 K -temperatura bolului;

tp = (423 ... 473) K - temperatura pistonului;

t0 = 293 K - temperatura mediului ambiant.

Deoarece EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \h i EMBED Equation.2seq User_Box \* Arabic \heste posibil apariia de jocuri negative. Cnd bolul este flotant, la rece, ajustajul lui n locaurile din piston trebuie s fie cu strngere. De aceea pentru a face posibil funcionarea la pornire bolul se monteaz cu joc n piciorul bielei.

n cazul n care bolul este fix n piciorul bielei funcionarea la pornire este posibil numai dac bolul se monteaz cu joc n locaurile din piston, joc care n timpul funcionrii se poate mri.

Montajul dintre bol i piston cu ajutaj cu strngere se poate realiza prin nclzirea pistonului la 353393K.

Jocul la cald n piciorul bielei nu difer practic de jocul de montaj deoarece temperatura piciorului bielei i temperatura bolului au valori apropiate i sunt confecionate din acelai material.

PAGE

PAGE 176