Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


PROIECTAREA SEGMENTILOR - Principii de proiectare

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic







DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Presiunea fluidelor
Prelucrarea Anodo-Mecanica
CONCASOARE CONICE - Mecanica concasorului conic
Sisteme de reglare automata
Determinarea coeficientilor de atingere si de pas
Batiuri
MASINA CU FLUX TRANSVERSAL
Masurarea marimilor geometrice
Structuri obtinute in urma operatiei de sudare si deformare plastica a otelurilor
CALCULUL CINEMATIC

PROIECTAREA SEGMENTILOR

Principii de proiectare

Segmentii au rolul de a realiza etan[area camerei de ardere, de a uniformiza pelicula de ulei de pe oglinda cilindrului si de a transmite cilindrului o parte din caldura preluata de piston de la gazele fierbinti. Segmentii care impiedica scaparea gazelor din cilindru in carterul motorului se numesc segmenti de compresie iar segmentii care distribuie uniform si elimina excesul de ulei de pe suprafata cilindrului se numesc segmenti de ungere.




Solutiile care se adopta la proiectarea segmentului trebuie sa tina seama de cerintele impuse de siguranta in functionare, durabilitate, eficienta etansarii si pretul de cost.

Fig.9.1. Evolutia grosimii axiale functie de turatia motorului


Eficienta etansarii realizate de segment depinde de presiunea medie elastica (pe) aplicata de acesta pe oglinda cilindrului in corelatie cu presiunea gazelor din spatele segmentului. Elasticitatea segmentului se opune tendintei de intrerupere a contactului provocata de deformarile de montaj si termice, de uzura suferita de cilindru. Segmentul exercita presiunea pe pe oglinda cilindrului numai daca este liber in canal, pentru a putea urmari deformatiile cilindrului.

La motoarele de turatie ridicata datorita presiunii radiale mici a gazelor si vibratiei trebuie sa se asigure segmentului presiuni medii elastice marite.

Marirea presiunii medii elastice a segmentilor diminueaza pulsatia acestora si mareste coeficientul de transfer de caldura spre camasa cilindrului. Valori prea ridicate ale presiunii pot provoca uzuri importante ale segmentului si camasii.

La proiectarea segmentului trebuie sa se adopte o grosime radiala de valoare redusa pentru a micsora masa acestuia. Daca nu se pot utiliza materiale cu calitati elastice superioare, se vor adopta segmenti cu grosimi radiale marite, ceea ce faciliteaza evacuarea caldurii de la pistoane la cilindri si elimina vibratiile radiale. Marirea grosimii radiale conduce la cresterea tensiunilor de incovoiere in sectiune, de aceea se impune utilizarea unor materiale cu rezistenta admisibila la incovoiere ridicata.

Adoptarea grosimii axiale a segmentului trebuie sa tina seama de o serie de factori. Astfel, pentru a realiza a buna racire a pistonului, segmentul trebuie sa aiba o grosime axiala cat mai mare. La motoarele de turatie ridicata cresterea grosimii axiale determina cresterea zonei portsegmenti a pistonului, cu efecte negative asupra masei inertiale ale acestuia, in plus creste si masa segmentului si acesta intra usor in pulsatie si vibratie.

De aceea se recomanda reducerea grosimii axiale a segmentului odata cu cresterea turatiei motorului (fig.9.1.).

Fig.9.3.Forme constructive de segmenti


Fig. 9.2. schema actiunii de etansare a segmentilor


Pana la un alezaj de 90 mm se recomanda functie de turatia motorului a trei clase de segmenti cu grosimi axiale b= 1,5; 2,0; 2,5 mm. Pentru alezaje cuprinse intre 90200 [mm] se confectioneaza segmenti cu grosimi axiale b= 24 [mm].

Alegerea numarului de segmenti ai pistonului trebuie sa tina seama de urmatoarele considerente: un numar mare de segmenti nu imbunatateste etansarea, ci mareste numai inaltimea pistonului cu efecte negative asupra masei acestuia; un numar prea mic de segmenti nu realizeaza siguranta in functionare.

Numarul de segmenti poate fi marit cand se urmareste reducerea nivelului termic al pistonului.

Rolul principal in etansarea camerei de ardere o are primul segment (fig.9.2.), ceilalti segmenti avand o eficienta mai redusa. Se apreciaza ca se realizeaza o etansare optima daca presiunea gazelor dupa ultimul segement este de 34% din presiunea gazelor din camera de ardere, iar volumul de gaze scapate spre carter este cuprins intre 0,21,0% din volumul incarcaturii proaspete admise in cilindrul motorului.

La motoarele cu aprindere prin scanteie este suficient un singur segment de ungere care se plaseaza la partea inferioara a regiunii portsegment, asemenea solutie se aplica si la motoarele cu aprindere prin comprimare de turatie ridicata. In cazul M.A.C. de cilindree mare deoarece jocul intre piston si cilindru este mare, se folosesc doi segmenti de ungere, dintre care unul la partea inferioara a mantalei.

Fig.9.4. Segmentul trapezoidal


In ceea ce priveste forma constructiva in prezent exista o mare varietate de tipuri (fig.9.3). Segmentul cel mai simplu este cel cu sectiunea dreptunghiulara (P01). Muchiile ascutite ale segmentului curata pelicula de ulei, iar perioada de rodaj este mare deoarece segmentul se aplica pe camasa cilindrului cu toata grosimea axiala. Primul dezavantaj se inlatura prin racordarea muchiilor segmentului; al doilea dezavantaj se inlatura dezvoltand o presiune specifica mai mare pe suprafata laterala. In acest scop se micsoreaza inaltimea de reazem a segmentului pe cilindru. Pentru a reduce inaltimea segmentului o prima solutie consta in inclinarea suprafetei laterale cu un unghi de 25'45' (T01B73). In acelasi scop se prevede pe suprafata laterala o portiune cilindrica de 0,40,8 [mm] si una inclinata cu 210o (P22, P23, P24, T23, T24). Deschiderea unghiului este indreptata totdeauna spre chiulasa pentru a reduce consumul de ulei. Pentru a se asigura o buna curatire a uleiului se realizeaza segmenti cu degajari de (0,250,30)b pe suprafata laterala (P20, P21, P23, P24, T20, T23, T24).

Realizand tesirea ambelor muchii ale segmentului se reduce inaltimea de reazem si se creeaza efectul de pana la deplasarea segmentului in ambele sensuri; forma optima fiind data de segmentul bombat (B01B73). Segmen]ii cu sectiune nesimetrica (P10, P11, P12, P30, P32, P60, T10, T11, T30, B10, B11, B12) se numesc segmenti de torsiune sau de rasucire.

O solutie eficienta contra blocarii segmentului in canal o constituie segmentul trapezoidal realizat prin inclinarea fetelor cu 5100 (fig.9.4.) (P31, T31, B31).

Durabilitatea segmentilor se mareste daca suprafata laterala se acopera cu un strat protector de crom. In acelasi scop se prevad canale pe suprafata laterala in care se introduc insertii de cositor, bronz sau oxid de fier cu grafit, insertii care depasesc suprafata segmentului cu 0,050,10 [mm] si au dimensiunile in sectiune de 0,5 x 0,6 mm. Pentru a mari rezistenta la solicitari mecanice segmentii se pot executa din doua sau trei piese (P60P65). Marirea presiunii elastice exercitate de segment pe oglinda cilindrului, se poate realiza prin utilizarea si la segmentii de compresie a unor expandori (P81, P82).

Fig.9.5.Segmenti de ungere din otel


Segmentii de ungere se clasifica in: segmenti cu sectiune unitara sau neperforati si segmenti cu sectiune perforata. Segmentul neperforat evacueaza o cantitate mai mica de ulei, segmentii se perforeaza cand este necesar sa se evacueze o cantitate sporita de ulei. La segmentii neperforati, suprafata de reazem pe oglinda cilindrului se micsoreaza prin prelucrare conica sau tesirea muchiilor (020, 023, 030043, 051, 052, 061063, 070) la care se adauga degajarea pentru raclarea energica (020024, 031, 050073). La segmentii perforati inaltimea de reazem se micsoreaza prin practicarea unor degajari si reducerea adecvata a suprafetei de reazem. La acesti segmenti presiunea elastica are valori cuprinse intre 0,140,70 [N/mm2].

Ca segmenti de ungere se folosesc si segmentii cu expandor (050082). Expandorul este un element elastic care se monteaza in spatele segmentului in canal. Expandorul contribuie la sporirea si uniformizarea presiunii elastice aplicate de segment pe oglinda cilindrului (pe = 0,551,10 [N/mm2] expandor arc spiral).

Principalele perticularitati constructive sunt prezentate in figura 9.5.

Materialul pentru segmenti trebuie sa posede urmatoarele proprietati: 1) calitati bune de alunecare; 2) duritate ridicata; 3) rezistenta la coroziune; 4) rezistenta mecanica ridicata la temperaturi ridicate; 5) modul de elasticitate superior la temperaturi mari; 6) calitati bune de adaptabilitate la forma cilindrului.

Fonta cenusie constituie materialul care realizeaza un bun compromis intre aceste cerinte. Se utilizeaza fonta cenusie cu grafit lamelar.

In unele cazuri cand este necesara o rezistenta mecanica ridicata se utilizeaza otelul.

Fig.9.6. Dimensiunile segmentului si canalului din piston


Aplicarea pe segment a unor straturi superficiale dure mareste rezistenta la uzare, cromarea poroasa reduce uzura segmentului de 25 ori, si se aplica in general segmentului de foc.

La proiectare se va tine seama de recomandarile din figura 9.6 si tabelele 9.19.3.

t - grosimea radiala a segmentului;

d1s - diametrul interior al segmentului;

d1c - diametrul canalului de segment;

Dcil - alezajul cilindrului;

b - grosimea axiala a segmentului;

hc - inaltimea canalului de segment;

tc - dimensiunea radiala a canalului;

R - raza fundului canalului;

Ja - jocul pe flancurile segmentului (Ja = hc-b);

JP - jocul piston-cilindru;

Jr - jocul radial al segmentului; Jr =1/2(dis-dic)

Tabelul 9.1.

Inaltimea canalului de segment (hc)

Varianta

MAS

 

Nr.canal

1

2

3

4

Canal 1

1,50

1,50

1,75

1,75

Canal 2

1,50

1,75

2,0

2,50

Canal 3

2,50

3,00

2,50/3,50

4,0

MAC

Diametrul

D 100 mm

DI(100140]

DI(140180]

D>180 mm

Canalul 1 si 2 dreptunghiular

2,0

3,5

3,0

3,5

Canalul 1 si 2 trapezoidal



2,5

3,0

3,5

4,0

Canalul 3

4,0

4,0

5,0

5,0

Tabelul 9.2

Jocul pe flancurile segmentului ja si jocul radial jr [mm]

Jocul pe flancuri

ja [mm]

MAS

Jocul radial jr [mm]

 

Tip canal

racit cu lichid

racit cu aer

 

segment 1

0,0300,005 (0,07)

0,0500,070 (0,09)

0,800

 

segment 2

0,0200,040 (0,06)

0,0300,050 (0,07)

0,800

 

segment 3

de ungere fonta

0,0100,030 (0,05)

1,000

 

segment 3

de ungere otel

0,0300,050 (0,08)

MAC

Jocul radial jr [mm]

 

Tip canal

racit cu apa

racit cu aer

 

segment 1

dreptunghiular

0,060,08

0,100,12

1,3 sau 1,4

 

segment 2

dreptunghiular

0,040,06

0,060,08

1,3 sau 1,4

 

segment 3

dreptunghiular

0,040,06

0,040,06

1,3 sau 1,4

 

unghi 6

trapezoidal

0,040

0,040

1,3 sau 1,4

 

unghi 15

trapezoidal

0,030

0,030

1,3 sau 1,4

**diametrul interior al segmentului 100 mm

Tabelul 9.3.

Inaltimea capului de piston pana la primul segment

Inaltimea spatiului dintre primul si al doilea segment

MAS aspiratie naturala cu e 9,5

h1 = 4,5%D

MAS cu e > 9,5 sau supraalimentate

h1 = 5,0%D

MAC pentru autoturism sau autocamion cu aspiratie naturala

h1 = 6,0%D

MAC cu supraalimentare si racire intermediara a aerului

h1 = 89%D

MAC supraalimentat

h1 = 78%D

Inaltimea spatiului dintre al doilea si al treilea segment

MAS si MAC

h2 = 3,5%D

MAC pentru autocamion

h2 = 4,5%D

Calculul segmentilor

Calculul segmentului urmareste urmatoarele obiective:

Sa se stabileasca forma in stare libera si marimea fantei astfel incat prin strangere pe cilindru segmentul sa dezvolte o repartitie de presiune determinata;



Sa se stabileasca cele doua dimensiuni de baza ale segmentului, t si b;

Sa se verifice ca tensiunile care apar in segment la deschiderea lui pentru montaj sa nu depaseasca limita admisibila;

Sa verifice fanta la cald pentru a preveni unirea capetelor in timpul functionarii.

Distribuirea presiunii radiale

Fig. 9.7.Curba de reparti]ie a presiunii segmentului pe oglinda cilindrului


Fig.9.8.Curba de repartitie lina a presiunii segmentului pe oglinda cilindrului


Pentru stabilirea formei segmentului in stare libera se pleaca de la acceptarea unei epure de presiune variabila (fig.9.7). Curba de repartitie a presiunii dezvoltate de elasticitatea proprie a segmentului se exprima print-o serie trigonometrica de forma:

(9.1)

Termenul initial (po) reprezinta presiunea medie pe care o dezvolta segmentul si este partea constanta a presiunii, restul expresiei fiind corectia ei.

In aceste conditii expresia generala a curbei devine:

(9.2)

Fig.9.10. Schema de calcul a momentului incovoietor


Fig. 9.9 Schema de calcul a segmentului


Daca numarul armonicilor pentru care se dezvolta calculul relatiei convergente (9.2) este n=2, distributia de presiune reprezinta o variatie lina (fig.9.8)

Curba ce se obtine se caracterizeaza prin raportul

Alegandu-se se obtine urmatoarea expresie pentru curba de repartitie a presiunii:

(9.3)

Calculul profilului segmentului in stare libera

La calculul formei libere a segmentului se urmareste deplasarea relativa din pozitia de montaj in cea destinsa, a unui punct de fibra medie.

Deplasarea relativa a unui punct N(R,y), (fig.(9.9) fata de pozitia No(Ro,yo) se compune din deplasarea radiala u si deplasarea unghiulara e definita prin relatiile:

(9.4)

Ecuatia diferentiala a deplasarii radiale este urmatoarea:

(9.5)

Pentru calculul deplasarii se calculeaza momentul incovoietor intr-o sectiune My .

Momentul elementar produs intr-o sectiune y de o forta elementara dFj este:

(9.6)

unde: - distanta de la bratul fortei la punctul No din sectiunea considerata (fig.9.10.a)

Deoarece:

rezulta:

(9.7)

Forta elementara intr-o sectiune y (fig.9.10.a) in fibra medie a segmentului poate fi exprimata prin relatia:

(9.8)

unde: b - grosimea axiala a segmentului.

Deoarece forta in fibra exterioara

(9.9)

trebuie sa fie egala cu cea din fibra medie, rezulta:

(9.10)

Deci:

(9.11)

Pentru calcule se defineste un parametru constructiv:

(9.12)

unde: t - grosimea radiala a segmentului.

Astfel, se poate scrie expresia momentului produs in sectiunea y de suma tuturor fortelor din dreapta sectiunii:

(9.13)

Pentru curba de presiune descrisa de ecuatia (9.3) se obtine urmatoarea expresie pentru momentul My.

(9.14)

iar pentru cazul general:

(9.15)

Daca se substituie relatia (9.15) in ecuatia diferentiala a deplasarii date de relatia (9.5), se obtine:

(9.16)

Inlocuind:

(9.17)

Se obtine ecuatia:

(9.18)

Ecuatia (9.18) este neomogena si se rezolva cu urmatoarele conditii limita pentru segmentul montat: - sectiunea A-A (fig.9.10.b) fiind pe axa de simetrie nu poate efectua deplasari unghiulare, y=0 si du/dy=0;

- deplasarea radiala a segmentului dupa axa X-X (fig.9.10.a) este aceeasi la cele doua extremitati, adica

In aceste conditii se obtine urmatoarea expresie generala a deplasarii radiale:

(9.19)

Deplasarea radiala pentru segmentul cu distributia presiunii dupa o curba simpla este:

(9.20)

Lungimea fibrei medii a segmentului este aceiasi in stare libera si in stare montata:

(9.21)

sau

(9.22)

Neglijand termenii mici de ordinul doi, rezulta

(9.23)

Deplasarea unghiulara a segmentului de presiune variabila se obtine rezolvand ecuatia (9.23).

(9.24)

Deplasarea unghiulara pentru segmentul cu distributia presiunii dupa o curba lina este:

(9.25)

Deplasarea unghiulara a capetelor ep in stare libera se obtine pentru y = p

(9.26)

Fig.9.11. Scheme de repartitie a presiunii segmentului


Distanta dintre capete, masurata pe fibra medie in stare libera este:

(9.27)

Substituind pe ep din relatia (9.26) in (9.27) si neglijand up rezulta:

(9.28)

Introducand in expresia lui S (9.28) valoarea explicita a termenului K, se obtine:

(9.29)

In tabelul 9.4. se dau valorile rapoartelor pentru segmentii cu distributie variabila (fig.9.11.a.b.c.) pentru calculul deplasarilor unghiulare si radiale.

Tabelul 9.4.

Valoarea rapoartelor pi/pe pentru diverse epure ale presiunii elastice

Curba presiunii

Fig. 9.11.a



Fig. 9.11.b

Fig. 9.11.c

Fig. 9.8

Coordonatele u si e fiind cunoscute se traseaza profilul segementului in stare libera

(9.30)

Calculul grosimii radiale a segmentului

Grosimea axiala a segmentului se determina din conditiile de evacuare a caldurii din piston si de a limita pulsatiile

[mm] (9.31)

unde k=0,08 - constanta;

pgmax- presiunea maxima din cilindru [N/mm2];

sa - tensiunea admisibila (5565 [N/mm2]).

Grosimea radiala se calculeaza din formula lui Navier:

[N/mm2] (9.32)

unde: M - momentul incovoietor maxim al segmentului [N/m];

W - modul de rezistenta al sectiunii [m3].

Momentul maxim se calculeaza pentru y = 0

(9.33)

Inlocuind in relatia (9.33) presiunea obtinuta din relatia (9.29) rezulta:

(9.34)

Inlocuind in relatia lui Navier, si avand in vedere ca I=Wt/2 iar

se obtine:

(9.35)

La proiectarea unui segment se impune valoarea presiunii medii elastice (pe) in raport cu conditiile lui de functionare, aceasta se calculeaza din relatia (9.29)

(9.36)

Cum momentul de inertie este I= bt3/12 substituind 'c' din relatia (9.16) si pe Ro din relatia Ro =f(D1,t), rezulta:

(9.37)

Introducand in relatia (9.35) in locul tensiunii maxime tensiunea admisibila si impartind relatia (9.35) cu (9.37), se obtine:

(9.38)

Raportul D1/t reprezinta un factor constructiv de baza al segmentului.

Calculul tensiunilor in segment la montaj

Pentru montajul segmentului pe piston este necesar ca prin intermediul unui dispozitiv capetele acestuia sa fie desfacute atat cat este necesar pentru a imbraca pistonul. Prin desfacerea segmentului apar tensiuni care au valoarea maxima in sectiunea opusa fortei.

Fig.9.12. Scheme de aplicare a fortei de desfacere a segmentului


Tensiunea maxima se determina cu urmatoarea relatie de calcul:

(9.39)

unde: m - constanta care depinde de varianta dispozitivului care desface segmentul:

m=1,00 pentru fig.9.12.a;

m=1,57 pentru fig.9.12.b si

m=2,00 pentru fig.9.12.c.

sa=230 [N/mm2]

Calculul fantei segmentului

Fanta la rece dintre capetele segmentului se determina din conditia ca fanta la cald sa aiba valoarea optima.

Lungimea segmentului la rece este:

(9.40)

la cald lungimea va fi:

(9.41)

Cum diametrul cilindrului are la cald valoarea data de expresia:

(9.42)

rezulta ca:

(9.43)

unde: sc - fanta la cald.

Rezulta:

(9.44)

Fanta la cald se stabileste in functie de alezaj si de tipul motorului.

La proiectare pentru motoarele racite cu apa se adopta sc = (0,00150,0030)D iar pentru motoarele racite cu aer sc =(0,00250,0040)D [mm].








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1352
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site