Scrigroup - Documente si articole

     

HomeDocumenteUploadResurseAlte limbi doc
AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


SOLICITARILE PISTONULUI. DIMENSIUNI CARACTERISTICE ALE PISTONULUI SI ALE JOCURILOR FUNCTIONALE. CALCULUL DE DIMENSIONARE SI VERIFICARE LA REZISTENTA, VALORI ADMISIBILE ALE MARIMILOR CARACTERISTICE

Tehnica mecanica



+ Font mai mare | - Font mai mic



SOLICITARILE PISTONULUI. DIMENSIUNI CARACTERISTICE ALE PISTONULUI SI ALE JOCURILOR FUNCTIONALE. CALCULUL DE DIMENSIONARE SI VERIFICARE LA REZISTENTA, VALORI ADMISIBILE ALE MARIMILOR CARACTERISTICE



1.SOLICITARILE SI DIMENSIUNILE PISTONULUI


In cadrul temei P.2.1 au fost prezentate functiunile pe care le indeplineste pistonul in timpul functionarii (transmiterea Fp, etansarea cilindrului, evacuarea unei fractiuni din caldura dezvoltata prin ardere, transmiterea N s.a.) De asemenea, au fost precizate principalele solicitari mecanice si termice la care este supus acest organ mobil.

Constructia pistonului se stabileste functie de caracteristicile functionale ale motorului pe care urmeaza sa-l echipeze. Dimensiunile sale principale se precizeaza in functie de alezaj, pe baza datelor statistice, urmand ca aceste valori sa fie verificate din punct de vedere al rezistentei la solicitarile la care este supus. In tabelul 7.1., sunt prezentate valorile uzuale ale principalelor dimensiuni, pe baza notatiilor din figura 7.1.

Fig.7.1.

Tab.7.1. Principalele dimensiuni constructive ale pistonului

Dimensiunea

Simbol

MAS

MAC

Diametrul pistonului

Dp

Relatia 7.1.

Jocul diametral, la cald, dintre piston si cilindru

ep

Partea superioara: (0,002.0,003)D

Partea inferioara: (0,001.0,002)D

Lungimea pistonului

Lp

(0,8.1,1)D

Lente: (1,55.2,4)D

Rapide:(1,05.1,6)D

Lungimea mantalei

Lm

(0,5.0,8)D

Lente: (1,3.2,0)D

Rapide: (0,8.1,2)D

Distanta dintre axa boltului si marginea inferioara a mantalei

Hm

(0,3.0,4)D

(0,4.0,7)D

Distanta dintre capul pistonului si primul segment

(segment de foc)

h

(0,06.0,12)D

(0,15.0,20)D

Grosimea capului pistonului

d

(0,08.0,10)D

Din fonta sau aliaje usoare: (0,13.0,20)D

Din otel: (0,06.0,08)D

Grosimea regiunii port-segmenti

gps

(0,05.0,08)D

Grosimea peretelui mantalei

gm

2.5mm

Motoare fara cap de cruce: (0,03.0,05)D

Cu cap de cruce: (0,02.0,03)D

Inaltimea canalului port- segmenti

hs

Relatia (7.5)

Latimea canalului port- segmenti

ls

Relatia (7.6)

2.CALCULUL CAPULUI PISTONULUI

Diametrul capului pistonului se calculeaza avand in vedere faptul ca temperaturile (tp si tc) si coeficientii de dilatare liniara (ap si ac) ai materialelor pistonului si, respectiv, cilindrului sunt diferite. Rezulta astfel relatia:

[mm]

in care D[mm] este alezajul, zp[mm] jocul diametral la cald si to [ C] temperatura mediului ambiant.

Valorile temperaturilor de regim ale cilindrului si, respectiv, capului pistonului variaza pe parcursul unui ciclu de functionare. In efectuarea calculelor se considera valori medii, in tabelul 7.2 fiind mentionate valorile uzuale ale acestor marimi, iar in figura 7.2 fiind prezentate cateva distributii caracteristice ale temperaturii pe suprafata pistonului.

Tab. 7.2.Valori uzuale ale temperaturilor pistonului si cilindrului si ale coeficientilor de dilatare liniara ai materialelor de fabricatie

Parametrul

MAS

MAC

Temperatura cilindrului C]

Cil. racit cu apa

Cil. racit cu aer

Temperatura pistonului

C]

Fonta

Aliaje aluminiu

cca. 300

Otel

Coeficientul de dilatare liniara

[1/grd]

Fonta

(10.12)

Aliaje aluminiu

Otel

Fig.7.2.

Grosimea capului pistonului se determina din conditiile de rezistenta la solicitarile mecanice si termice la care este supus acesta. Pentru determinarea solicitarilor mecanice, capul pistonului se considera drept o placa circulara, de grosime constanta, incastrata pe contur, si incarca cu o sarcina uniform distribuita, determinata de presiunea maxima a fluidului motor (fig.7.3.a si b). In cazul pistoanelor cu nervuri, corpul pistonului este considerat a fi format din grinzi independente, incastrate la margine, avand latimea egala cu distanta dintre nervuri sau cu Di/3 , cand exista o singura nervura (fig.7.3.c).

Ca urmare a actiunii presiunii maxime a fluidului motor, in cele doua cazuri, apar solicitarile mecanice ale caror expresii de calcul sunt centralizate in tabelul 7.3.

Fig.7.3.

Tab.7.3. Solicitarile mecanice ale capului pistonului

Tip cap piston

Zona cap piston

Fibra

Tensiunea

Radiala

Tangentiala

Fara nervuri

Extremitati

Sup.

Inf.

Centru

Sup.

Inf.

Cu nervuri

Extremitati

Sup.

Inf.

Centru

Sup.

Inf.

In aceste relatii au fost utilizate urmatoarele notatii: pmax [daN/cm2] - presiunea maxima a fluidului motor; m - coeficientul lui Poisson; d [cm] - grosimea capului pistonului; b[cm] - latimea nervurii; W [cm3] - modulul de rezistenta al sectiunii transversale a nervurii si Di [cm] - diametrul interior al capului pistonului:

notatiile corespunzand figurii 7.1 si tabelului 7.1.

Avand in vedere faptul ca valoarea maxima a solicitarilor mecanice se inregistreaza la extremitatile discului, in calculele de verificare este suficienta determinarea eforturilor mecanice numai in aceasta regiune.

Solicitarile termice ale capului pistonului provin din diferentele de temperatura existente intre diferitele zone ale acestuia. Exista trei distributii caracteristice ale temperaturii in capul pistonului:

a)      izotermele sunt suprafete plane, normale la axa pistonului, cu scaderea temperaturii de la fibra superioara la cea inferioara;

b)      izotermele sunt suprafete cilindrice, coaxiale cu cilindrul, cu scaderea temperaturii de la centru spre extremitati;

c)      izotermele sunt suprafete cilindrice, coaxiale cu cilindrul, cu scaderea temperaturii de la extremitati spre centru.

Distributia de temperatura depinde de particularitatile constructiv-functionale ale acestora, dupa cum urmeaza:

Tab.7.4. Distributiile caracteristice de temperatura in capul pistoanelor

Tipul pistonului

Distributia de temperatura

Pistoane racite intens cu apa

A

Pistoane in cap convex, racite

a+b

Pistoane neracite, cu ardere intensa in zona centrala

Pistoane in cap conacv, racite

a+c

Pistoane neracite, cu ardere periferica

Pentru pistoanele cu nervuri nu se poate stabili o distributie a temperaturii apropiata de cea reala, astfel incat calculul tensiunilor termice se face ca si in cazul pistoanelor fara nervuri.

Expresiile de calcul ale solicitarilor termice, pentru cele trei tipuri de distributie de temperaturi sunt centralizate in urmatorul tabel:

Tab. 7.5. Solicitarile termice ale capului pistonului

Tip distrib. temp.

Zona

Cap piston

Fibra

Tensiunea

a

Centrala si extremitati

Sup.

Inf

b

Centrala

Sup. si inf.

Extremitati

Sup. si inf.

c

Centrala

Sup. si inf.

Extremitati

Sup. si inf.

In aceste relatii, s-au folosit urmatoarele notatii: E [daN/cm2] - modulul de elasticitate al materialului pistonului; m - coeficientul lui Poisson; ts,i C]- temperatura zonei centrale (periferice) a capului pistonului; qa [kJ/cm2h] - densitatea fluxului de caldura care strabate axial capul pistonului, d [cm] - grosimea capului pistonului; l [kJ/cm h grd] - coeficient de conductibilitate termica a materialului pistonului; a [grd-1] - coeficient de dilatare liniara al materialului pistonului si k - coeficient care tine seama de dimensiunile capului pistonului:

(7.3)

Pentru determinarea densitatii fluxului de caldura qa, se raporteaza fluxul termic ce strabate pistonul la suprafata acestuia:

[kJ/cm2h] (7.4)

unde: Pe,cil [kW] - este puterea efectiva pe cilindru; ce [kg/kWh] - consumul specific efectiv de combustibil; Qi [kJ/kg] - puterea calorifica inferioara a combustibilului; Di[cm] - diametrul interior al capului pistonului si x - fractiunea preluata de piston din caldura degajata in cilindru prin arderea combustibilului.

In tabelul urmator, sunt prezentate valorile uzuale de calcul ale modulului de elasticitate E, coeficientului de conductibilitate l si fractiunii x

Tab.7.6. Valori uzuale ale unor marimi de calcul pentru determinarea solicitarilor termice ale capului pistonului.

Parametrul

Valoarea

E[daN/cm2]

Piston din otel

Piston din fonta

Piston din aliaje de Al.

106 la 0 C

106 la 400 C

l [kJ/m h grd]

Piston din otel

Piston din fonta

Piston din aliaje de Al.

x

Piston neracit

cca. 0,02

Piston racit cu apa

Piston racit cu ulei

Solicitarile totale din capul pistonului se obtin prin insumarea tensiunilor mecanice si a celor termice, care actioneaza pe aceeasi directie si in aceeasi zona a capului pistonului. Rezistenta capului pistonului la aceste solicitari este asigurata de conditia ca valoarea maxima a eforturilor unitare rezultante sa nu depaseasca urmatoarele valori admisibile prescrise pentru diverse materiale de constructie ale pistonului:

Tab.7.7. Eforturile unitare maxime admisibile pentru capul pistonului.

Material

piston

sa [daN/cm2]

Tractiune

Comprimare

Aliaje Al

Fonta

Otel

3. CALCULUL REGIUNII PORT SEGMENTI

Lungimea regiunii port-segmenti depinde de numarul de segmenti si de tipul pistonului. Primul segment se plaseaza la o distanta h (v. tab. 7.1 si fig.7.1) care sa-l protejeze de actiunea directa a flacarii. Distanta dintre doua canale port-segmenti este (fig.7.4):

[mm], unde b[mm] reprezinta inaltimea segmentului.

Inaltimea canalului port-segment este suma dintre inaltimea segmentului si jocul axial al acestuia:

[mm], (7.5)

iar latimea canalului suma dintre latimea segmentului si jocul radial al acestuia, minus jocul diametral la cald dintre piston si cilindru:

[mm] (7.6)

Valorile uzuale si rolul jocului segmentilor sunt precizate in cadrul temei P.7.3. (tab7.12).

Grosimea regiunii port-segmenti se determina din conditia de rezistenta la compresiunea exercitata sub actiunea presiunii maxime din cilindru. Sectiunea cea mai solicitata este situata in dreptul canalelor de ungere (fig.7.1.), efortul unitar de compresiune fiind dat de relatia: Fig.7.4

[daN/cm2] (7.7)

unde, in afara notiunilor prezentate pana in prezent, ic reprezinta numarul canalelor de ungere si dc [cm] - diametrul acestora (fig.7.1). Valorile maxime admisibile ale solicitarii de comprimare sunt indicate in tabelul 7.8.

La motoarele rapide, sectiunea situata in dreptul canalelor de ungere se verifica si la smulgere sub actiunea fortei de inertie. Notand cu mpA masa regiunii pistonului de deasupra orificiilor de ungere (ptr. calculele preliminare, poate fi considerata 1/3 din masa pistonului), valoarea maxima a fortei de inertie se inregistreaza in pozitia de pmi.

Rezulta ca efortul unitar de tractiune la smulgere va fi:

[daN/cm2] (7.8)

Valorile maxime admisibile ale acestei solicitari sunt indicate in urmatorul tabel:

Tab.7.8. Valorile maxime admisibile ale solicitarii regiunii port-segmenti

Solicitarea

sa [daN/cm2]

Aliaje Al.

Fonta

Compresiune

Tractiune la smulgere

4.CALCULUL MANTALEI

Diametrul mantalei se determina cu ajutorul relatiei (7.1), avandu-se in vedere valoarea corespunzatoare acestei regiuni a pistonului. Lungimea mantalei se determina din conditia ca presiunea dintre manta si cilindru sa nu depaseasca valoarea care intrerupe pelicula de ulei necesara ungerii. Valoarea acestei presiuni este data de relatia:

[daN/cm2] (7.9)

unde Nmax [daN] reprezinta valoarea maxima a fortei normale si Wp [cm2] - suma ariilor proiectate pe suprafata cilindrului ale degajarilor practicate in manta (orificiile boltului; locasul segmentului de ungere din manta; degajarile prevazute pentru micsorarea masei). Valoarea acestei presiuni nu trebuie sa depaseasca :

a)      3,5 daN/cm2 la pistoanele neracite din fonta;

b)      4,5 daN/cm2 la pistoanele racite din fonta;

c)      7 daN/cm2 la pistoanele din aliaje de aluminiu.

Grosimea mantalei trebuie sa conduca la o buna rigiditate si transmitere a caldurii, adoptandu-se conform datelor din tabelul 7.1.

Umerii pistonului se plaseaza astfel incat sa se creeze o presiune uniforma pe suprafata de sprijin. Diametrul exterior al umerilor se adopta in limitele (fig.7.1):
[mm]

unde de [mm] este diametrul exterior al axului pistonului (boltului).

Cand lipsesc nervurile care leaga umerii de capul pistonului, umerii se verifica la forfecare, sectiunea periculoasa fiind situata la incastrarea in manta. Solicitarea de forfecare are expresia:

[daN/cm2] (7.10)

Efortul unitar de forfecare maxim admisibil are valorile:

a)      ta = 400.450 daN/cm2 la pistoanele din fonta

b)      ta = 250.400 daN/cm2 la pistoanele din aliaje de Al.



Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare



DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 4418
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 2024 . All rights reserved