Arborele cotit este ultimul element al mecanismului bielă – manivelă care are rolul de a transforma mişcarea de translaţie a pistonului în mişcare de rotaţie. Forţa de presiune a gazelor este preluată de piston, este transmisă prin intermediul bielei la arborele cotit şi de la acesta, prin intermediul transmisiei (ambreiaj, cutie de viteze, cutie de distribuţie, arbori cardanici, diferenţiale, transmisie finală) la roţile autovehiculului.

Părţile componente ale arborelui cotit sunt:1. capătul liber care se foloseşte la montarea roţii care antrenează mecanismul de

distribuţie, fulia pentru curelele de transmisie (pentru antrenarea: alternatorului, pompei de apă, pompa de vid...) precum şi elementele de etanşare pentru ulei;

2. fusurile paliere în jurul cărora se învârte arborele cotit;3. fusurile manetoane de care se prind bielele;4. braţele arborelui cotit;5. contragreutăţi de echilibrare;6. flanşa arborelui cotit pe care se montează volantul;7. volantul.

Ca şi biela, arborele cotit este supus solicitărilor de către forţa de presiune a gazelor şi forţele de inerţie. Aceste solicitări au caracter variabil şi transmit arborelui cotit eforturi de torsiune, încovoiere, întindere, compresiune şi forfecare. Suprafaţa fusurilor este solicitată la strivire. O caracteristică a solicitărilor arborelui cotit o constituie oscilaţiile de torsiune la care este supus datorită succesiunii desfăşurării ciclurilor motoare la cilindrii motorului. Practic arborele cotit este antrenat prin impulsuri. Spre exemplu la un motor cu patru cilindri în linie putem avea ordinea de aprindere 1-3-4-2 (ordinea de aprindere este succesiunea în care se desfăşoară ciclurile motoare la cilindrii aceluiaşi motor). În această ordine primeşte arborele cotit forţa de presiune a gazelor de la pistoane. Pentru a amortiza aceste vibraţii de torsiune la unele motoare se montează pe capătul liber un amortizor de vibraţii.

În figura a. este prezentat amortizorul cu masă de inerţie 1, vulcanizat cu elementul de cauciuc 2, de paharul de oţel 3. La regimul de rezonanţă lucrul mecanic al momentului excitant se pierde în deformaţiile elastice ale elementului de cauciuc. Efectul de amortizare este şi mai pregnant la construcţia prezentată în figura b. În acest caz apare o frecare uscată suplimentară prin faptul că masa 1 se fixează cu ştifturile 3 de discul de fricţiune 4 strâns cu arcurile 5 de corpul 6. Un alt exemplu este prezentat în figura c. unde spaţiul dintre masa 1 şi corpul ermetic 3 se umple cu un lichid vâscos, de exemplu silicon. Bucşa de reazem 2, din bronz, se introduce cu joc.Pentru uniformizarea mişcării de rotaţie se montează pe flanşa arborelui cotit o roată masivă

numită volant. Cu cât sunt mai puţini cilindrii cu atât neuniformitatea mişcării este mai mare şi deci volantul trebuie să fie mai greu. Practic, volantul este un motor inerţial. El acumulează energie în timpul motor (destinderea) şi o cedează în ceilalţi timpi.Fusurile paliere sunt de obicei identice dar la unele motoare există un fus mai lung – fusul central – care este ceva mai solicitat decât celelalte. La unul din fusuri se face fixarea axială a arborelui prin montarea unor cuzineţi cu umăr sau a unor inele făcute tot din material antifricţiune.Fusul pentru fixarea axială se alege de către proiectant în funcţie de tipul ambreiajului. Dacă este un ambreiaj clasic, cu disc de fricţiune atunci fixarea axială se face la palierul din mijloc. Dacă, în schimb, ambreiajul este hidraulic atunci fixarea arborelui se face la palierul de lângă ambreiaj pentru ca dilataţiile termice ale arborelui să nu afecteze jocul dintre elementele ambreiajului. Se poate fixa arborele cotit şi în partea din faţă atunci când transmisia mecanismului de distribuţie o solicită.Ungerea fusurilor arborelui cotit trebuie realizată prin presiune. Fusurile paliere sunt alimentate cu ulei din rampa centrală (conductă lungă cât carterul motorului în care pompa de ulei refulează uleiul sub presiune). De la fusurile paliere uleiul ajunge la fusurile manetoane prin orificii practicate prin

braţele arborelui cotit ca în figura de mai sus.

În timpul exploatării datorită uzurilor normale arborele cotit suferă anumite modificări. Dintre acestea cea mai frecventă este uzura fusurilor. Uzura se datorează frecării (să nu uităm că lagărele arborelui cotit sunt lagăre de alunecare şi nu de rostogolire – nu sunt rulmenţi - iar coeficientul de frecare este de cel puţin 100 de ori mai mare). De cele mai multe ori uzurile nu sunt uniforme şi astfel lagărele devin conice, ovale, hiperboloidale... la uzuri de 0,1... 0,2 mm pe diametru apar solicitările cu şoc care se manifestă prin bătăi puternice în zona carterului motorului. În aceste condiţii arborele trebuie reparat. Fiind o piesă relativ scumpă, încă din faza de proiectare se prevede posibilitatea de reperare a acestuia. Metoda folosită este metoda treptelor de reparaţii. Aceasta constă din readucerea fusului, prin rectificare, la forma geometrică iniţială (cilindrică) până când suprafaţa nu mai prezintă zone nerectificate (asa numita „rectificare la

curat”) urmând ca apoi să se continue prelucrarea până la obţinerea dimensiunii prestabilite ca şi cotă de reparaţie cea mai apropiată. De obicei între cote există o diferenţă de diametru de 0,25mm. După rectificare arborele se poate monta în acelaşi bloc motor numai dacă se utilizează cuzineţi mai groşi care să compenseze stratul de material uzat şi stratul de material prelucrat prin rectificare. La arborii cotiţi pentru autoturisme se prevăd maxim patru cote de reparaţie iar la arborii cotiţi de mari dimensiuni (deci mai scumpi) se prevăd chiar şi şapte cote de reparaţii.

Avem mai sus o figura in care se pot vedea câteva forme pe care le pot obţine fusurile arborelui cotit în urma uzării.

Stelajul arborelui cotit reprezintă generic dispunerea unghiulară a manivelelor arborelui cotit.

Stelajul se alege (de către proiectant) în funcţie de numărul şi dispunerea cilindrilor motorului. Dispunerea unghiulară a manivelelor pentru motoare în patru timpi cu cilindri dispuşi în linie este prezentată în tabelul alaturat.

.

Biela face legătura dintre piston (prin intermediul bolţului) şi arborele cotit. Ea este supusă forţei de presiune a gazelor şi forţelor de inerţie. O parte din bielă (partea legată de piston)

realizează numai mişcare de translaţie iar restul bielei realizează mişcare de rotaţie.Principalele solicitări ale bielei sunt: flambajul şi compresiunea generate de forţa de presiune a gazelor şi întinderea generată de forţele de inerţie.Părţile componente ale bielei sunt prezentate în figura:

1. piciorul bielei;2. bucşa bielei (când bolţul este flotant în bielă);3. corpul bielei;4. şuruburile de bielă;5. capul bielei;6. cuzineţii de bielă;7. piuliţe;8. capacul bielei;9. loc pentru marcaj;10. orificiu pentru expulzarea uleiului pe oglinda

cilindrului.

Piciorul bielei, numit uneori şi ochiul bielei, este partea bielei care se îmbină cu bolţul. În funcţie de soluţia constructivă aleasă de proiectant acestă zonă poate fi rigidă sau elastică după cum bolţul este flotant în bielă respectiv fix. Tot în zona piciorului bielei se găseşte şi un bosaj (proeminenţă) care este utilizat la echilibrarea bielei. Acest bosaj se numeşte „marcă de echilibrare”. La motoarele solicitate intens la care se impune

răcirea capului pistonului cu ulei se întâlneşte o construcţie specială a bielei. În acest caz în corpul bielei este prelucrată o gaură prin care uleiul este adus de la arborele cotit spre piciorul bielei iar de aici, printr-un orificiu, este trimis sub formă de jet spre capul pistonului.Corpul bielei, solicitat în special la flambaj, are în secţiunea transversală un profil „I” (sau „dublu T”).Semifabricatul pentru bielă se realizează prin matriţare pentru a obţine un fibraj cât mai bun şi astfel o rezistenţă mai bună la dimensiuni relativ reduse în secţiune. În acest fel masa bielei este redusă şi forţele de inerţie mici. Prin aceste măsuri constructive se poate ridica turaţia motorului (şi evident puterea acestuia) fără a avea solicitări prea mari datorită forţelor de inerţie.

Capul bielei este partea care asigură îmbBiela face legătura dintre piston (prin intermediul bolţului) şi arborele cotit. Ea este supusă forţei de presiune a gazelor şi forţelor de inerţie. O parte din bielă (partea legată de piston) realizează numai mişcare de translaţie iar restul bielei realizează mişcare de rotaţie.

Capul bielei este partea care asigură îmbinarea cu fusul maneton al arborelui cotit. De regulă capul bielei (sau ochiul mare al bielei) este secţionat perpendicular pe axa bielei sau la un anumit unghi astfel încât să poată trece prin cămaşa cilindrului la montaj.Secţionarea se execută prin tăiere cu disc flexibil sau prin rupere.

Există şi cazuri în care biela nu are capul secţionat. Această soluţie se adoptă numai la motoarele care au arborele cotit demontabil – mai ales la motoarele în doi timpi.Capacul bielei se montează pe capul bielei prin intermediul unor şuruburi sau prezoane cu piuliţe. Şuruburile sau prezoanele au forme speciale pentru a creşte rezistenţa la oboseală. La capac, ca şi la piciorul bielei, găsim o marcă de echilibrare. De asemenea din raţiuni de rezistenţă capacul are o construcţie nervurată.

Cuzineţii de bielă sunt formaţi din două părţi (semicuzineţi) şi sunt realizaţi prin sinterizare din două sau trei straturi. La motoarele în doi timpi în locul cuzineţilor sunt rulmenţi.

O situaţie deosebită o constituie bielele motoarelor cu cilindri dispuşi în V. Aici se întâlnesc trei soluţii constructive:

1. biele montate alăturat pe fusul maneton al arborelui cotit;2. bielă furcă şi bielă interioară;3. bielă mamă şi bieletă.

În primul caz există dezavantajul creşterii lungimii fusului maneton. În figura sunt prezentate ultimele două soluţii constructive.

Un volant este o piesă în formă de disc turnat din fontă. Este prelucrat astfel ca să fie perfect echilibrat, să asigure montajul la arborele cotit, să aibă o mare parte din masă repartizată spre periferia discului. Repartizarea exterioară uniformă a greutăţii se face cu scopul ca volantul să îndeplinească funcţia de uniformizator a mişcării de rotaţie pe toată durata ciclului motor.De asemenaea este prelucrat ca să poată fi montată coroana dinţată de

pornire şi să formeze organul primar al transmisiei mişcării de la motor la sistemele acţionate.

1 — simering faţă ; 2 — arbore cotit asamblat; 3 — bucşă picior bielă ; 4 — siguranţă ax piston ; 5 — bolt ; 6 —

piston ; 7 — segment de ungere tip U-Flex ; 8 — segment raclor ; 9 — segment de etan-şare ; 10 — semicuzinet faţă ; 11 — semiouzinet central ; 12 — semicuzinet spate ; 13 — simering spate ; 14 — volant.

Cuzinetul este o piesă inelară sau din două bucăţi semiinelare (semicuzinet) din metal moale, care îmbracă în interior lagărul şi vine în contact direct cu fusul sau axul unei maşini. Cuzinetul este realizat prin sinterizare din două sau trei straturi. Rolul principal al cuzinetului este de a prelua şi de a preda, sau invers, prin frecare, o putere între un angrenaj rotativ. Pentru îndeplinirea funcţionalităţi, cuzinetul trebuie să fie tot timpul uns pe suprafaţa de frecare.

Cuzineţii sunt:

Cuzineţi radial, care preiau sau predau o putere verticală pe o axă rotativă. Cuzineţi axial, care preiau sau predau o putere dealungul unei axe rotative. Cuzineţi radial-axial, care preiau sau predau o putere verticală şi dealungul unei axe

rotative.

1 şi 3 — semicuzineţi faţă; 2 — partea faţă arbore cotit; 4 şi 9 — biele stînga ; 5 şi 13 — părţi intermediare de legătură arbore cotit; 6 şi 14 — biele dreapta ; 7 — parte centrală arbore cotit; 8 şi 12 — semicuzineţi centrali; 10 — parte spate arbore cotit; 11 şi 25 — semicuzineţi spate arbore cotit.