7/28/2019 Mot 8

1/5

1

Curs 8

Cap. 5. Boltul

Boltul sau axul pistonului, este organul de legatura prin intermediul caruia setransmite forta de presiune de la piston la biela asigurand miscarea relativa dintre cele doua

piese.

5.1. Constructia boltului

Forma boltului este impusa de considerente de masa, rigiditate si fabricatie. La

motoarele de turatie ridicata, din cauza fortei de inertie, se reduce la minimum grosimea

peretilor, 2...15 mm, si se obtine un bolt cu pereti subtiri, la care ruperile longitudinale de

ovalizare sunt cele mai frecvente. Pentru a mari rigiditatea boltului, acesta se confectioneaza

sub forma unui solid de egala rezistenta.

Figura 5.1. Forme constructive ale boltului

Constructia boltului depinde in mare masura de tipul imbinarii piston-bolt-biela.

Imbinarea se realizeaza prin trei metode distincte de montaj: 1. bolt flotant, 2.bolt fix in piston

si liber in piciorul bielei, 3. bolt fix in piciorul bielei si liber in piston. Solutiile 1 si 3 au

raspandirea cea mai mare prin avantajele pe care le ofera.

Materialul pentru bolt, trebuie sa fie tenace, pentru a rezista la solicitarea prin soc, si o

duritate mare a suprafetei exterioare pentru a rezista la uzura.

Pentru a satisface aceste cerinte se utilizeaza oteluri carbon si oteluri aliate. Suprafataboltului se cementeaza pe adancimea de 0,5...1,5 mm, urmata de calire si revenire. Astfel,

rezistenta la oboseala creste cu 15...20%; iar prin nitrurare pe ambele suprafete, cu 35...45%.

5.2. Analiza functionala a boltului

Boltul dezvolta forte de inertie care incarca piesele mecanismului motor. De aici se

impune o prima cerinta, ca masa acestuia sa fie cat mai mica.Boltul lucreaza in conditii grele de solicitare mecanica, fiind incarcat de forta de

presiune a gazelor si de forta de inertie dezvoltata de piston.

Intr-o sectiune transversala, apar solicitari de incovoiere care produc deformarea

boltului dupa axa sa longitudinala, figura 5.2.a. Solicitari de incovoiere apar si in sectiune

7/28/2019 Mot 8

2/5

2

longitudinala, determinand aparitia deformarii de ovalizare, figura 5.2.b. Solicitarea de

ovalizare produce ruperea boltului in plan longitudinal, figura 5.2.c.Experienta arata ca deformarea de ovalizare a boltului produce nu numai ruperea lui,

dar si a piciorului bielei, figura 5.2.d, iar deformarea de incovoiere produce ruperealocasurilor boltului din piston in sectiunea A-A, figura 5.2.a.

Figura 5.2. Deformatiile boltului

5.3. Calculul boltului

5.3.1. Dimensionarea boltuluiCu notatiile din schema de calcul prezentata in figura 5.3 si cu specificatia ca D

reprezinta diametrul cilindrului, se stabilesc dimensiunile caracteristice ale boltului,prezentate in tabelul 5.1.

Figura 5.3. Schema de calcul a boltului

7/28/2019 Mot 8

3/5

3

Bolt flotant MAS MAC

l/D 0,8...0,87

lb/D 0,3...0,4 0,32...0,42

d/D 0,24...0,28 0,34...0,38

di/d 0,65...0,75 0,6...0,75

lp/lb 0,55...0,65

Tabelul 5.1. Dimensiuni caracteristice bolt

5.3.2. Verificarea la uzuraCriteriul principal pentru verificarea rezistentei la uzura il reprezinta marimile

presiunilor specifice in piciorul bielei pb, si in umerii pistonului, pp.

Schema de calcul este aratata in figura 5.3. Se accepta conventional ca forta care

solicita boltul este forta maxima a gazelor Fg max atenuata de forta maxima de inertie a masei

pistonului Fap,

2

2

g ap g p

DF F F p m r 1

4

(5.1)

unde mp reprezinta masa pistonului, iar valorile minime si maxime ale fortei F determinandu-

se pentru valorile minima si maxima ale fortei Fg, respectiv p

g.

Presiunea in piciorul bielei este data de relatia,

maxb

b

Fp

d l

(5.2)

Presinea din locasurile pistonului este data de relatia,

maxp

p

Fp

2 d l

(5.3)

Valorile admisibile sunt, pb adm = 25...90 MPa, pp adm = 15...55 MPa.

5.3.3. Verificarea la incovoiereSe determina momentul incovoietor la mijlocul boltului si se calculeaza efortul unitar

maxim de incovoiere cu relatia,

bi 4

3 i

F l 2 b 1,5 l

d1, 2 d 1

d

(5.4)

unde b = l - 2lp, valorile minime si maxime ale efortului unitar determinandu-se pentruvalorile minima si maxima ale fortei F, i adm = 250...500 MPa.

Verificarea la incovoiere cuprinde si determinarea coeficientului de siguranta in

conditiile solicitarilor variabile; in cazul boltului flotant incarcarea variaza dupa ciclul

simetric, pentru calculul coeficientului de siguranta utilizandu-se relatia,

1b

kia

c 1...2, 2

(5.5)

unde,

-1 - rezistenta la oboseala,-1 = (0,4...0,55)r,k- coeficientul efectiv de concentrare la solicitari variabile, k= 1, - factorul dimensional, = 0,8...0,95, - coeficientul de calitate al suprafetei, = 1,1...2,5,

7/28/2019 Mot 8

4/5

4

i max i min

ia2

, amplitudinea eforturilor unitare.

5.3.4. Verificarea la forfecare

Efortul unitar la forfecare se determina in sectiunile amplasate in jocurile intre partile

frontale ale umerilor pistonului si a bucsei bielei cu relatia,2

i imax

4

2 i

d d0,85 F 1

d d

dd 1

d

(5.6)

cu valorile admisibile, adm = 100...220 MPa.

5.3.5. Calculul la ovalizare

Ovalizarea se studiaza in ipoteza ca boltul este o grinda curba in sectiunea

transversala, incarcata cu o sarcina distribuita sinusoidal p = p0sin, figura 5.4.

Figura 5.4. Repartitia sarcinii la ovalizare

Deoarece ipoteza nu este riguros exacta, rezultatele se corecteaza majorand forta F cu

un coeficient k ce depinde de raportul dimensiunilor = di / d, figura 5.5.

Figura 5.5. Variatia eforturilor unitare de ovalizare in bolt

7/28/2019 Mot 8

5/5

5

Valorile extreme ale eforturilor unitare de incovoiere in punctele caracteristice 1, 2, 3,

4, figura 5.5.a, se determina cu relatiile,

max max1 1 2 2

max max3 3 4 4

F F

ld ld

F F

ld ld

(5.7)

unde valorile lui sunt calculate in figura 5.5.b.Se accepta tensiunile admisibile, adm = 150...300 MPa.Deformatia de ovalizare se determina cu relatia,

3

maxmax 6

0, 09 F 1k [mm]

l E 10 1

(5.8)

unde E modulul de elasticitate in MPa, forta Fmax in N, l in m, iar k se determina din diagrama

5.5.b.

Deformatia de ovalizare este limitata de griparea boltului, max2

, in care

=(0,0005...0,0001)d in mm.

5.3.6. Jocul de montajJocurile boltului depind de tipul imbinarii cu pistonul si biela. Jocul de montaj in

umerii pistonului se determina cu relatia,

b b 0 p p 0t t t t d (5.9)unde tb reprezinta temperatura boltului, tp temperatura pistonului.

Jocul de montaj intre boltul flotant si piciorul bielei este de 0,005...0,03 mm.