Date post: | 12-Aug-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | alexandru-miloiu |
View: | 298 times |
Download: | 12 times |
Analiza conditiilor tehnico-functionale si a tehnologicitatii piesei si stabilirea tipului sistemului de productie.
1.1.1.Rolul functional si solicitarile piesei
Arborele cotit transforma miscarea pendulara a bielei in miscare de rotatie pe care o cedeaza apoi trasmisiei si rotilor motoare ala autovehiculelor. El antreneaza totodata in miscare si alte sisteme auxiliare ale motorului.
Este cea mai solicitata piesa prin care trece intreaga putere a motorului si asupra careia actioneaza forte variabile ca marime, directie si sens.
Arborele cotit este prevazut cu un numar “n” de fusuri manetoane coaxiale, egal cu numarul cilindrilor motorului, si cu un numar de “n+1” fusuri palier prin intermediul carora arborele se sprijina pe lagarele palier coaxiale. Legatura dintre fusurile palier si fusurile manetoane este facuta de bratele manetoane, in prelungirea carora se gasesc contragreutatile care folosesc la echilibrarea si asigura rotirea lina , fara socuri a arborelui cotit.In timpul functioanarii arborelui, iau nastere oscilatii de torsiune care, la anumite turatii ale motorului pot sa produca fenomenul de rezonanta, periculos prin efectele sale.
Pentru a preintampina acest fenomen, in partea frontal a arborelui se monteaza amortizorul oscilatiilor de torsiune care, prin frecarea interioara a masei de cauciuc, absoarbe o parte din energia vibratiilor. Socurile si vibratiile torsionale, transmise de la arborele cotit, se vor inmagazina in masa de cauciuc care face corp comun cu discul masiv disc care are tendinta sa se roteasca uniform.Legatura masei de cauciuc si a discului cu arborele cotit se face prin flansa profilata care se strange cu suruburi pe butucul fuliei.Volanta reduce rotirea neuniforma a arborelui, atenuiaza socurile care apar la trecerea pistonului prin punctele moarte si usureaza pornirea motorului.Pe volanta se monteaza prin presare conoana dintata .Corpul arborelui cotit este prevazut in interior cu canala capilare prin care circula ulei sub presiune intre fusurile paliere si fusurile manetoane. De asemenea la capete este prevazut cu gauri de centrare, prevazut cu conuri de protective, pentru a putea fi montat intre varfuri pentru verificare si rectificare.
1.1.2 Conditiile tehnice impuse piesei finite prin desenul de executie
Tolerante la lungimea fusurilor
Se admit in limitele 0.15…0.35 mm pentru paliere si manetoane si 0.05…0.15mm pentru fusul palier de ghidare
Tolerante privind pozitia spatiala
Se refera la concentricitatea fusurilor si rectilinitatea axei arborelui cotit care trebuie sa fie in limitele 0.025….0.0035mm precum si la neparalelismul axelor fusurilor paliere si manetoane care se admite sa fie 0.015…0.025 mm/100mm in planul acestor axe si 0.030…0.050 mm/100mm in planul perpendicular pe acesta.
Tolerante la lungimea fusurilor
Se admit in limitele 0.15…0.35mm pt paliere si manetoane si 0.5…0.35mm pentru fusul palier de ghidare
Calitatea si duritatea suprafetelor
Calitatea suprafetelor fusurilor paliere si manetoane este estimate prin rugozitatea acestora la Ra=0.1…0.2 µm.
Pentru a asigura rezistenta la uzura duritatea fusurilor trebuie sa fie de 52…65HRC; adancimea stratului calit 2.5…4.5mm
Conditii de echilibrare
Pentru a evita aparitia unor dezechilibre perturbatoare se aplica echilibrarea dinamica a arborelui cotit. Care consta in a corecta masa acestuia astfel incat axa principal de inertie sa coincide cu axa de rotatie. Practice se fixeaza valoarea minima pe care nu trebuie sa o depaseasca forta centrifuga create de dezechilibrare. Se limiteaza aceasta valoare la 5% din masa arborelui cotit. In cazuri uzuale echilibrarea dinamica se executa in limitele de 1.0…4.0 Nmm la fiecare capat.
Lungimea arborelui cotit depinde de numărul, distanţa dintre cilindri
şi amplasarea acestora. La MAS în care se dezvoltă presiuni de ardere
mai reduse, arborele cotit se poate realiza cu i-1 fusuri paliere, i fiind
numărul cilindrilor, soluţie folosită mai ales la motoarele pentru automobile
de mic litraj. Pentru a obţine o mai bună rezistentă la încovoiere, la cele
mai multe MAS şi la toate MAC se utilizează frecvent soluţia cu i+1 fusuri
palier. La motoarele cu cilindri în V, arborele cotit se execută în mod
obişnuit cu fusuri paliere după fiecare grup de doi cilindri. Reducerea
numărului de reazeme necesită mărirea diametrelor fusurilor şi grosimii
braţelor pentru a nu se reduce rigiditatea arborelui.
Arborii cotiţi se execută în două variante principale: nedemontabili şi
demontabili, prima soluţie fiind cea mai utilizată.
Capătul din faţă al arborelui se realizează constructiv ţinând seama
că el serveşte în principal pentru acţionarea distribuţiei, ventilatorului,
pompei pentru lichidul de răcire (cu excepţia motoarelor răcite cu aer) şi
generatorului de curent (alternator sau dinam). De asemenea se are în
vedere amplasarea elementului de etanşare pentru ulei, de exemplu
semering, iar la unele motoare amplasarea amortizorului de vibraţii de
răsucire; amplitudinile vibraţiilor de răsucire ating valori maxime la capătul
din faţă al arborelui cotit, ceea ce justifică montarea amortizorului, dacă
este necesar, la acel capăt.
La MAS capătul din faţă cuprinde în mod obişnuit elementele arătate
în fig. 1.2.; deflectorul de ulei 1, simeringul 2, pinionul 3 pentru acţionarea
distribuţiei, fulia 4 pentru antrenarea ventilatorului, pompei pentru lichidul
de răcire şi generatorului de curent şi clichetul (racul) 5 pentru pornirea
manuală. Când masa mare a motorului nu permite pornirea manuală, ceea
ce se întâmplă la MAC, clichetul 5 lipseşte.
fig.1.2.
Capătul din faţă al arborelui cotit pentru un MAS
Amortizoarele de vibraţii utilizate frecvent la motoarele de automobile
şi tractoare sunt amortizoare cu frecare. Amortizorul din fig1.3, este format
din discul de inerţie 1 şi elementul de cauciuc 2 vulcanizat cu discul şi
carcasa 3 care este fixată pe arborele cotit. Când arborele nu vibrează,
organele amortizorului au aceeaşi viteză unghiulară. Dacă arborele cotit
intră în vibraţie, între carcasă şi disc apare o mişcare relativă, provocând
deformarea elementului de cauciuc prin frecare interioară. Se consumă
astfel o parte din lucrul mecanic produs asupra arborelui cotit de momentul
excitant.
fig.1.3 Amortizoare de vibraţii de răsucire
Amotizorul cu frecare lichidă (fig.1.3) cuprinde discul de ineţie 1,
carcasa 2 montată pe arborele cotit şi bucşa de sprijin 3, fabricată din
bronz. Elementul de cuplare este un ulei siliconic, de mare vâscozitate,
care se întroduce în jocul minim existent între disc şi carcasa. Ulterior,
carcasa este închisa etanş. Mişcarea relativă care apare între disc şi
carcasă în timpul vibraţiilor este frânată de forţele de frecare vâscoasă.
fig.1.4. Amortizor cu frecare lichidă
Fusurile şi braţele arborelui cotit. De obicei, fusurile palier se execută
cu aceleaşi dimensiuni pentru a simplifica fabricarea cuzineţilor şi
înlocuirea acestora la reparaţii. Uneori fusul palier mijlociu este mai lung
cu 30…60% întru-cât suportă încărcări mai mari. Fusurile maneton au de
asemenea dimensiuni identice, diametrul lor fiind mai mic decât diametrul
fusurilor palier.
În vederea reducerii masei arborelui şi deci a forţelor de inerţie,
fusurile se prevăd adesea cu găuri axiale (1.4.) ceea ce asigură totodată o
distribuţie mai favorabilă a fluxului de forţe şi ca urmare creşterea
rezistenţei la oboseală.
fig. 1.5. Soluţii de execuţie a găurilor axiale din fusurile arborelui cotit
Braţele arborelui se construiesc în diferite forme (fig..1.6.a,…d).
Pentru micşorarea masei, ele se teşesc în zonele T, care nu sunt
solicitate. Când se urmăreşte micşorarea lungimii arborelui prin reducerea
grosimii h a braţelor rezistenta necesară este obţinută prin mărirea lăţimii
b; deseori se ajunge astfel la o forma eliptică a braţelor(fig.1.6.a.)
În scopul atenuării efectului de concentrare a eforturilor, la trecerile
dintre fusuri şi braţe se prevăd racordări. Efectul urmărit este cu atât mai
substanţial cu cât raza de racordare ρ este mai mare. Adoptarea
racodărilor largi determină însă scăderea lungimii importante a fusurilor şi
deci creşterea presiunii dintre fusuri şi cuzineţi, care trebuie sa fie limitată.
O soluţie ce rezolvă satisfăcător ambele cerinţe constă în realizarea
racordării în mai multe arce de cerc ale căror raze cresc dinspre fus spre
braţ. Pentru a uşura rectificarea fusurilor se prevăd pragurile P (fig.1.6.),
cu grosimea de 0,5…1 mm şi diametrul mai mare decât diametrul fusului
adiacent cu 8…15 mm.
Rigiditatea şi rezistenta la oboseală se măresc când se asigură o
acoperire a secţiunii fusurilor A (fig. III.2.5.d) cu ∆=15…25 mm. Soluţia se
aplică mai ales la motoarele cu valori mici ale cursei pistonului S şi deci
ale razei manivelei r =S/2: datorită acoperirii, se pot folosi diametre mai
mari ale fusurilor, permiţând încadrarea presiunilor dintre ele şi cuzineţi în
domeniul admisibil.
Contragreutăţile Cg (fig.1.6.c, d) se dispun în prelungirea braţelor,
servind la echilibrarea motorului şi la descărcarea elementelor arborelui cotit
de forţele şi momentele care le solicită, pe aceasta cale se obţine şi o
funcţionare mai liniştită a motorului. Contragreutăţile introduc şi dezavantaje
cum sunt creşterea masei arborelui, sporirea dificultăţilor de execuţie, etc., la
motoarele de autovehicule contragreutăţile fac de multe ori corp comun cu
braţele, ceea ce este posibil datorită dimensiunilor lor reduse şi totodată
simplifică fabricaţia. În alte cazuri contragreutăţile sunt demontabile, fiind
asamblate la braţe cu şuruburi.
fig.1.6.
Forme constructive ale braţelor arborelui cotit
Capătul din spate este conic sau conţine o flanşa pentru montarea
volantului. Soluţiile constructive diferă după modul de realizare a etanşării
pentru ulei şi de ghidare a volantului. Pentru etanşarea s-a răspândit în
ultimul timp utilizarea semeringurilor, ca de exemplu la motorul D-115
(fig.1.7).
Flanşa 1 are pragul de ghidare p pentru volantul 2, care se fixează
cu şuruburile 3, iar pentru etanşare este prevăzut simeringul 4. Alte
elemente de etanşare întâlnite sunt garnituri de pâslă sau cauciuc,
deflectoare, etc.
fig.1.7. Capătul din spate al arborelui cotit
Ungerea fusurilor arborelui cotit se efectuează sub presiune. Din
rampa centrală de ungere uleiul este trimis la lagărele paliere prin canalele
din carter. Trecerea uleiului la fusurile maneton se realizează în mai multe
feluri. Dacă fusurile nu au găuri axiale, uleiul este transmis prin canale
care străbat braţele şi fusurile. La arborii cu fusuri găurite axial circulaţia
uleiului este asigurată de canalele 1 sau ţevile presate 2 (fig.2.8). Pentru a
împiedica scăparea uleiului pe la capetele fusurilor se prevăd capacele 3
susţine de tiranţi sau tuburile subţiri 4 , vălţuite la extremităţi.
fig.2.8.
Circulaţia uleiului prin arbori cu fusuri găurite axial
Pe suprafaţa fiecărui fus, orificiul de acces al uleiului trebuie să se
afle în zona unde se realizează, în medie pe ciclu, presiunea cea mai
mică. În acest fel se limitează presiunea de refulare din pompa de ulei şi
se favorizează formarea peliculei necesare ungerii.
La executarea arborilor cotiti, dat fiind importanta lor in asamblul mecanismului motor se impune un grad ridicat de precizie dimensionala de forma si de pozitie reciproca a diferitelor parti componente, de rugozitate precum si de realizarea unui produs perfect echilibrat.
1.2. Alegerea justificata a materialului
Materiale pentru arbori cotiti
Pentru materialul arborilor cotiti se impun urmatoarele cerinte : mare rezistenta la oboseala . usurinta obtinerii semifabricatului
Pentru a satisfice aceste conditii arborii cotiti se executa din otel sau fonta cu urmatoarele caracteristici:
Oteluri
Dintre calitatile de otel cel mai mult se folosesc otelurile de imbunatatire cu sau fara elemte de aliere.
Oteluri carbon de calitate marcile OLC 45X, OLC60X, STAS 880-79 STAS 880-79
Oteluri aliate de tipul Cr-NI, Cr-Ni-Mo, sau Cr-Mo din marcile indicate in STAS 781-79
Fonte
Dintre calitatile de fonta cele mai bune rezulate s-au obtinut cu fonta modificata cu grafit nodular cu o rezistenta la rupere de 650…750N/mm2 si duritatea de 212…270 HB
De asemenea se folosesc si fonte special aliate cu Cr, Ni,Mo,Cu.
Arborii cotiti turnati in comparative cu cei forjati prezinta anumite particularitati : semifabricatul este mai précis ceea ce determina micsorarea volumului de prelucrari mecanice cu 25…30% reducerea consumului de metal si reducerea
duratei de fabricatie; sunt putin sensibili la concentrarea tensiunilor, au o rezistenta la oboseala ridicata, au insa o rezitenta la incovoiere mai mica decat arborii forjati din otel din care aceasta cauza se executa cu dimensiuni marite ; incluziunile de grafit confera inalte calitati de amortizare a oscilatiilor de torsiune.
Semifabricate.
La executia arborilor cotiti pentru automobile si tractoare semifabricatele se obtin prin forjare in matrite inchise sau prin turnare. Prin forjarea arborilor cotiti se obtine fibrajul corespunzator care sa asigure rezistenta la oboseala precum si o mare productivitate. Semifabricatul este forjat succesiv in matrite inchise prin mai multe incalziri. Dupa matritatre semifabricatul este trecut la tratamentul termic de normalizare, redresare si in final la sablare
1.3 Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice
1.3.1 Calculul fondului anual real de timp (Ft)
Ft = [Zc – (Zd + Zs)] x ns x ts x kp [ore/an] unde: Zc este numarul zilelor calendaristice dintr-un an; Zc = 365 zile/an Zd este numarul zilelor libere la sfarsit de saptamana dintr-un an ; Zd =104 zile/an Zs este numarul zilelor sarbatorilor legale Zs = 10 zile/an ns este numarul de schimburi, dat prin tema ns = 3 schimburi/zi ts este durata unui schimb; ts = 8 ore/schimb kp este un coeficient ce tine seama de pierderile de timp datorate reparatiilor executate in timpul normal de lucru; pentru ns = 3, kp = 0,96 Astfel se calculeaza: Ft = [365 – (104 +10)] x 3 x 8 x 0.96 = 5875 [ore/an]
1.3.2 Calculul planului productiei de piese (Npp)
Npp = Np x n + Nr + Nrc + Nri [piese/an] unde: Np este planul de productie pentru produs; din tema Np = 210.000 bucati n este numarul de piese de acelasi tip, n=1 Nr este numarul de piese de rezerva, livrate odata cu produsul; Nr =0 Nrc este numarul de piese de rezerva livrate la cerere; se alege Nrc =8400 Nri este numarul de piese rebutate la prelucrare; se adopta Nri = 400
Revenind la formula: Npp = 210.000 + 8400 + 400 = 218.800 [piese/an]
1.3.3 Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice
Ritmul linei tehnologice Rt are implicatii majore asupra asigurarii sincronizarii operatiilor, prin divizarea precesului tehnologic in operatii si faze, alegerea utilajelor, SDV-urilor si sctructurii fortei de munca.
Rλ = Ft x 60Npp [min/piesa]
Rλ = 5875x 60218800 = 1.61 min/piesa
Productivitatea liniei tehnologice reprezinta inversul ritmului liniei:
Qλ=60R λ =37.26 piese/ora
Bibliografie
- Dr. ing. Caleui Gheorghe, Ing. Groza Alexandru, Dr. ing. Saviuc Samoil, 1985, ,,Metode şi prelucrări practice pentru repararea automobilelor’’, Bucureşti
- “Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere” D. Marincas, D. Abaitancei , Editura: Didactica si Pedagogica