Arborele cotit

Arborele cotit

1. Constructia arborelui cotit

Arborele cotit insumeaza momentele produse de fiecare cilindru si furnizeaza utilizatorului momentul total. Rolul sau este acela de a transforma miscarea alternativa de translantie a pistonului in miscare de rotatie. Manivela mecanismului biela manivela este reprezentata de cotul arborelui cotit.

Partile componente ale unui arbore cotit sunt (fig. 1):

Figura 1

- fusul maneton - pe care se articuleaza biela

- fusul palier - reprezinta lagarul de sprijin al arborelui cotit

- bratul - face legatura intre fusul palier si fusul maneton

Un cot este format dintr-un fus maneton, cele doua brate care il incadreaza si cate o jumatate din fusurile palier invecinate.

Motoarele cu cilindri in linie au arbori cu un numar de coturi egal cu numarul de cilindri, iar cele cu cilindri in V au numarul de coturi egal cu jumatate din numarul de cilindri.

In partea posterioara a motorului se fixeaza volantul si organele de legatura cu utilizatorul, iar la partea anterioara se fixeaza elementele necesare pentru antrenarea unor sisteme auxiliare ( sistemul de distributie a gazelor, sistemul de racire, sistemul de ungere etc.)

Arborele cotit este supus unor solicitari extrem de mari si, de aceea, este necesar sa posede o rigiditate deosebita. Acest lucru se poate realiza prin marirea dimensiunilor constructive, solutie limitata de scaderea frecventei vibratiilor libere (din cauza cresterii masei proprii) cu pericolul aparitiei fenomenului de rezonanta in timpul functionarii.

Pentru a micsora masa o solutie posibila este gaurirea fusurilor. Aplicand aceasta solutie se imbunatateste rezistenta la oboseala si se ofera posibilitatea de a aduce uleiul de ungere spre fusuri prin interiorul arborelui cotit.

Micsorarea abaterilor de forma si pozitie are o deosebita importanta atat in ceea ce priveste fusurile cat si dispunerea coturilor. Caltatea suprafetei fusurilor este importanta pentru micsorarea uzurilor.

Uzual, numarul de fusuri palier este cu unul mai mare decat numarul de fusuri maneton. La m.a.s. mai putin solicitate exista posibiltatea ca numarul de fusuri palier sa fie mai mic decat cel al fusurilor maneton, caz in care unele brate sunt comune pentru doua fusuri maneton alaturate.

La motoarele moderne bratele au o forma eliptica (fig. 2a), care s-a dovedit avantajoasa in ceea ce priveste rezistenta la solicitarile mecanice. La motoarele extrem de solicitate bratul poate ajunge pana la forma circulara (fig. 2b).

Figura 2

Prin suprapunearea s a fusurilor (fig. 5.2 a) se mareste rezistenta la oboseala a arborelui.

Reducerea concentratorilor de tensiuni in zona de racordare a fusurilor cu bratul se face prin intermediul unor praguri (fig. 3). Ra cordarea fusului cu pragul se face fie cu o raza de racordare ( fig. 3a) fie cu degajari (fig. 3b).

Figura 3

Arborii cotiti pentru motoarele care echipeaza autovehicule rutiere pot fi fabricati din otel sau din fonta.

Procedeul de obtinere a semifabricatului pentru arborii din otel este forjarea in matrita, iar arborii din fonta se realizeaza prin turnare.

Prin forjare in matrita nu se inrerup ceea ce reduce concentratorii de tensiuni.

Turnarea are avantajul ca realizeaza mai usor forma contragreutatilor. La arborii din otel contragreutatile se fabrica separat si sunt fixate de arbore cu asamblari filetate.

2. Calculul arborelui cotit

In primul rand vor fi stabilite dimensiunile constructive ale arborelui cotit, dupa care urmeaza calculul de verificare.

Dimensiunile caracteristice ale arborelui cotit sunt prezentate in figura (4).

fig 4

unde:

l-lungimea unui cot (distanta dintre axele a doi cilindri consecutivi)

l=l_P+l_M+2^.g

l_P [mm] - lungimea fusului palier

d_P  [mm] - diametrul exterior al fusului palier

l_M [mm] - lungimea fusului maneton (a fost adoptata la calculul capului bielei)

d_M  [mm] - diametrul exterior al fusului maneton (a fost adoptat la calculul capului bielei)

d_Mi  [mm] - diametrul interior al fusului maneton

b [mm] - latimea bratului

g [mm] - grosimea bratului

[mm] - raza de racordare a fusului cu bratul

Valorile recomandate pentru aceste dimensiuni sunt prezentate in tab 5.

Tabelul 5

H₁=d_P/2+3 8  mm (vezi fig. 5.4)

H₁=d_P/2+3 8  mm (vezi fig. 5.4)

H=H₁+H₂+r  [mm] (vezi fig. 5.4)

Diametrul fusului palier, d_l [mm]

Lungimea fusului palier, l_p [mm]

l_p = (0,45 . 0,6)*d_l [mm]

l_p = 0,6*61=36,6 [mm]

l_p=37 [mm]

Lungimea fusului maneton, l_M [mm]

_lM=(0,45 . 0,62)*D [mm]

l_M=0,45*84,5=38,02 [mm]

l_M= 38 [mm]

Diametrul fusului maneton, d_M [mm]

d_M=(0,55 . 0,68)*D [mm]

d_M=0,6*51=50,7 [mm]

d_M=51 [mm]

Diametrul interior al fusului maneton, d_mi [mm]

d_mi=(0,07 . 0,75)*d_M [mm]

d_mi=0,5*51=25,5[mm]

d_mi=25 [mm]

Diametrul interior al fusului palier, d_li [mm]

d_li=d_mi=25 [mm]

Latimea bratelor, b [mm]

b 1,5 . 2)*d_M [mm]

b=2*51[mm]

b=102 [mm]

Grosimea bratului, g [mm]

g 0,15 . 0,5)*d_M [mm]

g=0 *51=25,5

g=25 [mm]

Raza de racordare, ρ [mm]

ρ= (0,0..0,1)*d_M [mm]

ρ= 0,085*51=4,33 [mm]

ρ=4 [mm]

Lungimea bratului arborelui cotit, l_cot [mm]

L_cot=l_p+l_M+2*g [mm]

l_cot=115[mm]

Verificarea fusurilor la presiunea de contact ssi la incalzire:

Presiunea specifica pe fusul maneton

Presiunea specifica medie:p_Mmed [bar]

Presiunea specifica maxima, p_Mmax [bar]

Presiunea specifica pe fusul palier, p_lmed [bar]

Presiunea specifica maxima pe fusul palier, p_lmax [bar]

Verificarea fusului la incalzire:

Pentru a aprecia acest fenomen sa introdus coeficientul de  uzura .

Coeficientul de uzura pentru fusul maneton:

Verificarea la oboseala.

Calculul fusului palier:

Tensiunile maxime si minime: