fabricatia industriala a autovehiculelor - arborele cotit

 

FABRICATIA INDUSTRIALA

A AUTOVEHICULELOR

ARBORELE COTIT

CUPRINS

I. ARBORELE COTIT
1. GENERALITATI
1.1 ROLUL
1.2 MATERIALE FOLOSITE
1.2 SARCINI
2. REPARAREA ARBORELUI COTIT
2.1 DEFECTE. DEFECTE IN EXPLOATARE
2.2 VERIFICAREA ARBORELUI COTIT
2.3 TEHNOLOGIA DE REPARARE A ARBORELUI COTIT
3. NORME DE PROTECTIA A MUNCII
4. BIBLIOGRAFIE

ARBORELE COTIT

1.Generalitati

Arborele motor (fig 12) primeste miscarea de la piston prin biela, o transforma in miscare de rotatie, pe care o transmite in exterior pentru antrenarea diferitelor subansambluri ale motorului si la transmisia automobilului pentru deplasare.

fig

Este piesa cea mai scumpa si mai importanta a motorului si are ca parti componente: capatul (fusul) anterior 1,cu canal pentru pana 8, fusurile paliere 2, cu cuzinetii 10, fusurile manetoane 3, bratele manetoane 4, pentru legatura dintre fusuri, masele de echilibrare 5, pentru echilibrarea dinamica a arborelui cotit, capatul posterior 6, flansa 7 de fixare a volantului (cu locasul 9 pentru arborele primar al CV).

Pe capatul anterior, se monteaza prin pene: pinionul de antrenare a mecanismului de distributie, fulia pompei de apa pe care la unele motoare se monteaza si amortizorul de vibratii (ARO,D797-05 si D2156 HMN 8) si dispozitivul de antrenare manuala a arborelui cotit (racul), etansarea caapacului de distributie, care inchide si pinionul conducator al angrenajului distributiei de pe arborele cotit; pierderile de ulei se asigura prin deflector (D797-05, D2165, ARO) sau prin simering (Dacia 1310, Oltict, etc).

In partea posterioara, pe flansa, se monteaza prin suruburi volantul; capatul posterior este gaurit pentru fixarea bucsei din Bz (Dacia 1310) sau a rulmentului de sprijin al arborelui primar al CV (D797-05, D2156HMN). Etansarea impotriva scurgerilor de ulei este asigurata prin garnitura de snur de azbest sau pisla montate intr-un capac special (unele au si canale laterale in care se preseaza pene de lemn pentru etansare suplimentara- ARO).

In interior, arborele are canale pentru circulatia uleiului de ungere care corespund cu orificiile de alimentare a lagarelor paliere si manetoane; cei mai multi arbori au un singur canal de-a lungul lor.

Materialul din care este confectionat arborele este otel aliat (D 797-05, Fiat, BMW, Volkswagen), prin forjare sau din fonta cu grafit nodular (ARO, Dacia1310, SR 211), prin turnare. Dupa prelucrare, fusurile se trateaza termic - calire superficiala cu CIF si revenire - dupa care se rectifica pe masini de rectificatarbori cotiti.

Ovalitatea si conicitatea admise pentru fusuri este de 0,005mm la autoturisme (Dacia) si de 0,012 - 0,02mm la autocamioane.

Forma arborelui cotit depinde de: numarul si pozitia cilindrilor, numarul fusurilor manetoane, ordinea de functionare a motorului si sistemul de echilibrare a motorului.

Arborele cotit are un numar de fusuri paliere, de obicei egal cu numarul cilindrilor, plus unul - acesta mareste rigiditatea lui, insa duce la cresterea greutatii si a lungimii, iar prelucrarea este dificila.

Fusurile paliere sunt plasate pe aceeasi axa geometrica, iar latimea lor este diferita. Numarul fusurilor manetoane este egal cu cel al cilindrilor la motoarele in linie si redus la jumatate la motoarele in V (SR 211, D 2156 MTN 8R) (sau chiar la 1/3 la motoarele in W). Fusul maneton impreuna cu cele doua brate manetoane formeaza manivela. Diametrul fusurilor de biela este mai mic decit cel al fusurilor paliere.

Decalarea fusurilor manetoane (intre ele) se face in functie de numarul cilindrilor, asigurindu-se o functionare uniforma a motorului si o echilibrare a arborelui cotit, precum si umplerea uniforma a cilindrilor si deci succesiunea timpilor utili. Formula de calcul a decalarii coturilor este: γ =4π/n, unde 4π reprezinta rotatia arborelui cotit (720⁰) iar n este numarul de cilindrii. Astfel, la motoarele in linie, in patru timpi, decalarea este de 180⁰ intre manetoane, deci si a manivelelor 4); manetoanele centrale sunt decalate cu 180⁰ fata de cele extreme.

Ordinea de functionare (succesiunea curselor utile) este de 1-3-4-2 (Dacia); 1-2-4-3 (ARO);1-4-3-2 (Oltcit).

Motoarele cu sase cilindri in linie, in patru timpi, au decalarea fusurilor manetoane la 120⁰, iar ordinea de functionare 1-5-3-6-2-4 si mai rar 1-4-2-6-3-5.

La motoarele cu opt cilindri in V unghiul de decalare este 90⁰, dar sunt articulate doua biele pe cite un fus; ordinea de functionare este 1-5-4-2-6-3-7-8.

Arborele cotit se echilibreaza cu ajutorul unor contragreutati plasate in prelungirea bratelor de manivela (opuse lor) si bineinteles al decalarii corecte a manivelelor, aratate mai sus. Verificaarea echilibrarii se face pe masini speciale, iar ponderarea arborelui prin degajari partiale de material.

La capatul anterior, prin intermediul fuliei de antrenare se monteaza amortizorul de vibratii, care este de obicei, de tip cu frecare moleculara si cu frictiune. Este format dintr-un inel metalic cu rol de masa de inertie. Vibratiile arborelui cotit sunt atenuate de elementul de cauciuc (datorita deformarilor si frecarilor moleculare interne). Se mai folosesc si amortizoare cu frecare lichida in silicon.

Arborele cotit se sprijina pe blocul motor pe lagarele paliere cu semicuzineti 10.

Lagarele paliere au o constructie asemanatoare cu cele de biele, putind fi si cu rulmenti (Wartburg). La cele cu cuzineti, difera latimea lor, cel mai lat (lagarul principal) putind fi amplasat linga pinionul de distributie, la mijloc sau linga volant, unele avind prevazute gulere laterale. Acesta preia eforturile axiale ale arborelui cotit la actionarea pedalei de ambreiaj sau la deplasarea vehiculului in rampa sau panta.

Semicuzinetii se monteaza in lagarele carter, cei inferiori fiind prevazuti cu canale pentru depozitarea uleiului.

Stringerea capacelor lagarelor se face cu un moment dee 5,5-6daNxm la Dacia si 16-18 daNxm la ARO, D797-05, D2156, si 5 daNxm la Cielo. Jocul radial dintre fusuri si semicuzineti este de 0,005mm la Dacia, de 0,01-0,012mm la ARO si de 0,03-0,09mm la D 797-05 si D2156 HMN8. Jocul axial al arborelui in lagare de 0,1mm se regleaza cu doua semiinele plasate la lagarul principal. Numerotarea lagarelor se face ca si la cilindri, incepind de la volant, iar capacele lor se marcheaza cu numarul de ordine respectiv.Semicuzinetii au suport de otel de grosime 1 -3 mm, iar in interior este placat cu aliaj antifrictiune (ca si la lagarele de biele).

1.1 Rolul :
Arborele cotit transforma miscarea pendulara a bielei in miscarea de rotatie pe care o cedeaza apoi transmisie si rotilor motoare ale autovehiculelor. El antreneaza totodata in miscare si alte sisteme auxiliare ale motorului.

1.2 Materiale folosite.

Materialul pentru arborele cotit depinde de procedeul de fabricatie si de dimensiunile arborelui.
Arborele cotit se confectioneaza prin doua procedee: prin forjare si prin turnare. Forjarea se efectueaza liber sau in matrita, cand lungimea arborelui cotit nu depaseste aproximativ 2 m. Forjarea in matrita prezinta avantajul ca fibrele, urmand conturul presei, nu comporta intreruperi. Arborii cotiti forjati se confectioneaza din otel ; cei turnati se confectioneaza din fonta sau otel. Intrucat conditia de rigiditate a arborelui cotit impune dimensionarea larga a cotului, solicitarea lui coboara sub un asemenea nivel incat este posibila utilizarea otelurilor nealiate si anume otelul de calitate cu continut mediu de carbon ( OLC 45x, OLC 60x,STAS 880-66) cu rezistenta la rupere 70 . 80 daN/mm2. La MAC-ul mai solicitat, se utilizeaza oteluri aliate cu Cr, Ni, Mo, V (STAS 791-66), care au o rezistenta la rupere superioara, 85 . 125 daN/cm2, dar un cost ridicat. O varietate de otel pentru arborele cotit este otelul aliat NiCrMo (C = 0,22 . 0,25%, Ni = 3,75% . 4,0%, Cr = 1,1 . 1,3%, Mo = 0,45 . 0,55%, Si = 0,25 . 35%, Mn = 0,30 . 0,45, S+P <0,025).
Arborele cotit este confectionat din aceste materiale, pentru a rezista la solicitarile de incovoiere, rasucire, uzura, socuri si vibratii, arborele cotit se va confectiona din semifabricate obtinute din fonta aliata sau din fonta modificata, prin operatia de turnare, urmata de prelucrari mecanice. (In figura 1.6) este redata modificata, arbore cotit obtinut prin turnare si revazut cu goluri interioare -;asa dupa cum se vede in sectiune -;pentru a fi mai usor. Arborii cotiti cu gabarit mai mic se pot confectiona din semifabricate din otel carbon de calitate, matritat la cald, dupa cum se vede in figura 1.7.
Arborele motor a primit denumirea de ,, arbore cotit'' datorita configuratiei axei sale de simetrie, care serpuieste, coteste alternativ de la un fus palier la un fus maneton si inapoi la fusul palier.

1.3 Sarcini :

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 paliere, prin intermediul carora arborele se sprijina pe lagarele paliere, coaxiale. Legatura dintre fusuri paliere si fusuri manetoane este facuta de bratele manetoane, in prelungirea carora se gasesc contragreutatile care folosesc la echilibrare si asigura rotirea lina, fara socuri, a arborelui cotit.
Partea arborelui cotit prin care se transmite miscarea la utilizator (la ambreiaj ) se numeste partea posterioara, si este prevazut cu o flansa pe care se va presa si se va asigura cu suruburi volanta si coroana dintata (figura 1.7) care serveste la pornirea automata a motorului.
La celalalt capat, numit partea frontala, sunt prevazute suprafete cilindrice conice sau in trepte, prevazute cu pene, pe care se vor monta pinionul de distributie, amortizorul oscilatiilor de torsiune si fulia pentru antrenarea ventilatorului, generatorului de curent, pompei de apa si a altor anexe. In capatul frontal este practicata o gaura filetata in care se insurubeaza clichetul numit si rac, pentru pornirea manuala a motorului (fig.1. 7, pozitia 9), la manivela.
In timpul functionarii arborelui, iau nastere oscilatii de torsiune care, la anumite turatii ale motorului pot sa produca fenomenul de rezonanta, periculos prin efectele sale distrugerea .
Pentru a preintampina acest fenomen, in partea frontala a arborelui se monteaza amortizorul oscilatiilor de torsiune care, prin frecarea interioara a masei de cauciuc, absoarbe o parte din energia vibratiilor.
Pentru a intelege mai bine locul de montaj al amortizorului, sa observam si fulia pentru curea.
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.
Fac precizarea ca nu toate motoarele sunt prevazute cu amortizoare de oscilatii.
Volanta, montata pe capatul posterior al arborelui cotit, are forma unui disc masiv din fonta cenusie care inmagazineaza energia dezvoltata de motor in faza de ardere si destinderea si o cedeaza arborelui cotit, pe care il invarte in fazele de admisie, compresie si evacuare.
Volanta reduce rotirea neuniforma a arborelui, atenueaza socurile care apar la trecerea pistonului prin punctele moarte si usureaza pornirea motorului si plecare automobilului de pe loc.
Pe volanta se monteaza prin presarea coroana dintata, confectionarea din otel carbon, care va fi antrenata de pinionul bendixului la pornirea automata (la cheie ) a motorului.
Pe volanta se imprima si reperele ajutatoare pentru punerea la punct a aprinderii si distributiei.
Corpul arborelui cotit este prevazut in interior cu canale 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 protectie, pentru a putea fi montat intre varfuri pentru rectificarea si verificari.
Pentru ca arborele cotit sa se invarta cat mai uniform, lin, deci pentru ca motorul sa functioneze cat mai silentios, se efectueaza echilibrarea arborelui cotit.

2.Repararea arborelui cotit.

2.1Defecte. Defecte in exploatare
Uzurile si defectiunile care pot aparea in timpul exploatarii motorului, sunt:
- ovalizare fusurilor ;
- incovoierea arborelui cotit ;
- torsionarea arborelui cotit ;
- fisurarea ;
- exfolierea stratului dur exterior al fusurilor ;
- ruperea arborelui cotit ;
- infundarea canalizatiilor de ungere.
Uzura fusurilor paliere este, de obicei, mai redusa decat la fusurile manetoane. Daca fusul palier central este rizat, inseamna ca grupul volant-ambreiaj este dezechilibrat.
Lustruirea fusurilor (ultima operatie in procesul reconditionarii ) se poate face pasta de rodat fina.
Incovoierea sau torsionarea arborelui cotit se poate produce in urma unei solicitari mari cu caracter de soc. Aceste deformatii cauzeaza uzuri rapide la paliere. Fisurarea arborelui cotit poate aparea in urma unor defectiuni de fabricati sau datorita oboselii materialului. Determinarea fisurilor se face corect prin defectoscopie magnetica numai in intreprinderile constructore.
Exfolierea se poate produce datorita materialului semifabricatului, a tratamentelor termice incorecte sau datorita metalizarii incorecte a fusurilor, la reconditionare.

2.2Verificare arborelui cotit. Scule folosite. Verificarea arborelui cotit este o operatie pe care fiecare mecanic auto trebuie sa o efectueze la repararea sau segmentarea motorului. Astfel, se verifica aspectul fusurilor paliere si al fusurilor manetoane si se observa eventualele uzuri. Se verifica starea canalizatiilor de ungere si se curata si se desfunda, daca este cazul. Se verifica starea conurilor de proiectie al gaurilor de centrare intre varfuri, pentru a fi siguri ca arborele poate fi prins pe masina in vederea rectificarii.
Cu ajutorul micrometrului, se masoara diametrele fusurilor paliere si ale fusurilor manetoane si se compara cotele reale cu dimensiunile nominale prevazute in desen sau in cartea tehnica a motorului (fig.2.8 .
Se poate indica astfel treapta de reparatie la care poate fi rectificat arborele cotit.
La primirea arborelui cotit de la rectificare, in mod obligatoriu vom verifica fusurilor paliere si manetoane .
Foarte multi mecanici auto nu fac aceasta verificare si sunt nevoiti apoi sa sabaruiasca din semicuzineti sau foite de staniol, aceea ce afecteaza total calitatea lucrarii.
Cu ajutorul dispozitivului de prindere intre varfuri si cu ajutorul suportului cu ceas comparator din (figura2. 9), se poate masura coaxialitatea fusurilor paliere, respectiv bataia radiala a acestor fusuri.
Pentru aceasta, se curata " gaurile de centrare " care se gasesc in capetele arborelui cotit si se prinde arborele intre varfuri, astfel incat sa se invarte usor si fara joc. Se masoara pe directia verticala, ca in (figura2. 9), diametrele fusurilor paliere incepand cu fusul palier nr.1, adica primul de langa flansa volanta, si se inscriu valorile pe un caiet. Reglam apoi ceasul comparator pe verticala astfel incat palpatorul acestuia sa atinga fusul palier nr.1 si plimbam palpatorul peste fusul palier pe o directie perpendiculara pe axa fusului, dupa care notam valoare indirecta de indicatorul ceasului comparator. Repetam operatia pentru toate fusurile paliere si, tinand seama de valorile efective ale diametrelor fusurilor paliere, vom determina daca aceasta se gasesc pe aceeasi axa sau daca axa palierelor este incovoiata.
Daca vom roti usor arborele cotit in timp ce palpatorul aluneca pe suprafata fusurilor paliere, vom determina atat ovalitatea fusurilor cat si abaterea lor radiala.
Pentru a determina gradul de torsionare al fusurilor manetoane, vom roti arborele cotit intre. varfuri astfel incat fusurile manetoane sa formeze un plan orizontal, paralel cu platoul, ca in (figura2. 10), dupa care verificam cu micrometrul diametrele fusurilor manetoane si inscriem valorile intr-un caiet. Reglam ceasul pe verticala, astfel incat palpatorul sa sesizeze suprafata fusurilor manetoane. Daca deplasam palpatorul in sensul "a" si "b" peste fusurile 1 si 4, respectiv peste fusurile manetoane 2 si 4 vom determina daca ele sunt coaxiale si coplanare. Daca unul din fusurile manetoane (de ex. Fm3) este mai sus decat celalalt (Fm2 ) inseamna ca el este torsionat in raport cu arborele, cu t mm (fig.2. 10).

2.3 Tehnologia de reparare a arborelui cotit.

Scule si dispozitive folosite. Procesul tehnologic de reconditionare a arborelui cotit, cuprinde urmatoarele reparatii:
- reconditionarea fusurilor paliere ;
- reconditionarea fusurilor manetoane ;
- reconditionarea canalului de pana ;
- reconditionarea fisurilor ;
- indreptarea la rece ;
- echilibrare ;
- verificarea si control.
Fusurile arborelui cotit se pot reconditiona prin micsorarea sau majorarea diametrului lor. Micsorarea diametrului fusului se face prin rectificarea pe masini de rectificat a stratului superficial dur realizat in fabricatie, daca grosimea acestuia o permite la asa-numite trepte de reparare.
Reconditionarea fusurilor prin majorarea diametrelor sau majorarea diametrului lor.
- cromare , urmata de rectificarea si lustruire;
- prin metalizare cu aliaje dure, urmata de rectificare si lustruire.
- incarcare prin vibrocontact cu electrozi calibili, urmata de rectificarea si lustruire.
Asamblarea mecanismului biela-manivela se efectueaza in ordinea inversa demontarii.
Se asambleaza subansamblele, continuand cu asamblarea finala pe bloc-carter.

3 Norme de protectiea a munci ,

-Muncitorul sa fie echipat corespunzator.
-Scule folosite la montarea si demontarea,
-Sa nu fie decalibrate (uzate ,
-Sa fie confectionate STAS.
-Interventia la mecanismul sistemului biela-manivela,se face in ateriele specializate de personal calificat.
-La terminarea lucrarii se dispoziteaza sculele la locuri speciale.
-petele de ulei rezultant in timpul lucrului se indeparteaza cu nisip sau rumegusi.

4 BIBLIOGRAFIE

1. SERBAN. M. POENARU -MOTOARE CU COMBUSTIE INTERNA E.D.TEHNICA BUCURESTI 1984.
ALEX . STEFLEA

2. M. SECHI -UTILAJUL SI TEHNOLOGIA FABRICARII, INTRETINERII SI REPARARII MOTOARELOR CU COMBUSTIE INTERNA E.D.TEHNICA BUCURESTI 1979
M. POPA

3. AL. STEFLEA - TEHNOLOGIA INTRETINERII SI REPARARII MOTOARELOR CU COMBUSTIE INTERNA . E.D.TEHNICA BUCURESTI 1978.
M. SECHI

4. DAN ABATANCEL -MOTOARE PENTRU AUTO-AUTOMOBILE SI TRACTOARE E.D.TEHNICA, BUCURESTI 1980.
C-TIN HASEGAN
ION STOICA

5. AL. GROZA -METODE SI LUCRARI PRACTICE PENRU REPARAREA MOTOARELOR CU COMBUSTIE INTERNA E.D.TEHNICA BUCURESTI 1985.
GH. COLCIU
S. SAVIUC