Creeaza.com - informatii profesionale despre


Evidentiem nevoile sociale din educatie - Referate profesionale unice



Acasa » tehnologie » tehnica mecanica
Constructia si calculul pistonului

Constructia si calculul pistonului



Constructia si calculul pistonului

1 Rol, componenta, conditii functionale

Grupul piston este partea din mecanismul motor care asigura evolutia fluidului motor in cilindru, indeplinind urmatoarele functii:

transmite bielei forta de presiune a gazelor;

transmite cilindrului reactiunea normala produsa de biela;




etanseaza cilindrul in ambele sensuri impiedicand scaparea gazelor in carter si patrunderea uleiului in camera de ardere;

creeaza o miscare dirijata a gazelor in cilindru;

este organ de pompare.

Grupul piston este alcatuit din trei organe: pistonul, boltul si segmentii.

Pistonul se compune din:

-capul pistonului care preia presiunea gazelor;

-regiunea port- segment, prevazuta cu canale in care se introduc segmentii;

-mantaua pistonului care ghideaza pistonul in cilindru si transmite forta normala;

-umerii mantalei.

Figura 1 Pistonul functioneaza in conditii de presiune si temperatura ridicate, fiind supus unor solicitari mecanice si termice care provoaca importante fenomene de oboseala. In acelasi timp, sub efectul presiunii gazelor si a fortelor de inertie, asociate cu dificultatea realizarii unei ungeri lichide, lucrul mecanic de frecare capata valori insemnate, determinand o intensa uzura a grupului piston.

In aceste conditii de lucru, pistonul trebuie sa indeplineasca functii multiple de multe ori cu caracter contradictoriu:

sa preia forta de presiune a gazelor si sa o transmita mecanismului motor, fara sa se deformeze prea mult;

sa preia si sa transmita caldura degajata prin ardere cu deformatii minime;

sa asigure prin intermediul segmentilor etansarea fata de gazele de ardere controland in acelasi timp cantitatea de ulei de pe oglinda cilindrului si cea care trece in camera de ardere;

sa fie usor pentru a se micsora fortele de inertie;

sa fie rezistent la uzura si coroziune in toate conditiile de lucru.

Capul pistonului inchide spatiul cu volum variabil al camerei de ardere, forma lui depinzand in mare masura de tipul motorului si al camerei de ardere.

La mas cea mai larga utilizare o are capul de forma plata datorita simplitatii si a suprafetei minime de schimb de caldura.

Pentru a mari rigiditatea capului pistonului partea lui inferioara se nervureaza, aceste nervuri favorizand intr-o anumita masura evacuarea caldurii.

Regiunea port- segment (partea de etansare) trebuie sa asigure evacuarea celei mai mari parti din caldura primita de piston si etansarea camerei de ardere in ambele sensuri.

Pragul de foc aflat deasupra primului canal pentru segmenti trebuie sa aiba o grosime astfel incat segmentul superior sa fie plasat suficient de departe de zona temperaturilor inalte. Este de preferat ca la pozitia corespunzatoare pmi, portiunea port-segment sa aiba legatura cu lichidul de racire.

Primul segment se plaseaza de obicei sub marginea interioara a capului pistonului. In acelasi scop se racordeaza larg la interior regiunea port segment cu capul pistonului, cu o raza (0,050,10)D.

Mantaua pistonului transmite forta normala N peretilor cilindrului si ghideaza pistonul in miscare.

Numai o parte a mantalei, corespunzatoare unui unghi = 90100° participa la transmiterea fortei N. Din aceasta cauza, pentru micsorarea masei pistonului se degajeaza parti care corespund unghiurilor .

Bosajele boltului au rolul de a transmite fortele de la piston la bolt, din care cauza se impune o buna consolidare fata de capul si mantaua pistonului prin nervuri.

2 Alegerea materialului

Datorita conditiilor de lucru, materialul pentru pistoane trebuie sa satisfaca o serie de cerinte si anume:

- rezistenta ridicata la temperatura inalta si sarcini variabile;

- densitate mica;

- buna conductibilitate termica;

- coeficient de dilatare redus;

- usoara prelucrabilitate;

- rezistenta ridicata la uzura.

Fata de conditiile de functionare ale pistonului, aliajele de aluminiu sunt cele mai bune. Dintre acestea, majoritatea constructorilor folosesc aliaje eutectice (11,713,5% Si) datorita dilatarii reduse a acestora, mai ales pentru calitatile lor bune de frecare si uzura. Totodata, sunt mai putin sensibile la formarea fisurilor.

Rezistenta mecanica mai scazuta a aliajelor pe baza de siliciu la temperaturi ridicate conduce la sectiuni mai mari, deci la pistoane mai grele. Totusi, marirea sectiunii este compensata de densitatea mai mica a acestor aliaje.

Pistoanele din aliaje de Al se supun tratamentelor termice (calire, imbatranire sau ambele) care le ridica duritatea si rezistenta mecanica.

Conform STAS 201/2 - 80 se adopta pentru constructia pistoanelor un aliaj eutectic pentru turnare in forme metalice ATC Si10Cu3Mg , si tratament termic de durificare prin imbatranire artificiala, material care prezinta urmatoarele proprietati:

Tabelul 1

-densitatea

= 2,682,70 kg/m3

-conductivitatea termica

= 138155 W/mK

-coeficientul de dilatare

= (20,521,5)10-6 K-1

-limita de curgere

c= 220 MPa

-rezistenta la rupere

r= 240 MPa

-densitatea Brinell

HB=110

-modulul de elasticitate longitudinal

E=(6,77,1)104MPa

-modulul de elasticitate transversal

G=(2,42,7)104MPa

-coeficientul Poisson

= 0,320,36

3 Alegerea dimensiunilor caracteristice

Dimensiunile principale ale pistonului se adopta dupa date statistice

Figura 2 `

L = (0,81,1)D

L = 80 mm

Hc = (0,50,7)D



Hc = 55 mm

L’ = H-l1

L’ = 25 mm

= (0,080,1)D

* = 8 mm

H1 = (0,060,12)D

H1 = 8 mm

H2 = (0,0350,045)D

H2 = 3,5 mm

B= (0,300,45)D

B = 35 mm

Lm= (0,50,8)D

Lm = 55mm

H = 1,5…2,5

H = 2 mm

4 Verificarea capului pistonului

Pentru determinarea tensiunilor datorate presiunii maxime din cilindru, se considera capul pistonului sub forma unei placi circulare incastrate pe conturul dat de diametrul interior al capului Dc , cu grosime constanta  incarcata cu o sarcina uniform distribuita.

Intr-o astfel de placa apar tensiuni normale radiale si tensiuni normale circumferentiale care se calculeaza cu relatiile:

(1)

(2)

Figura 3 Figura 4

in care :

pmax= 5,181 MPa presiunea maxima din cilindru;

= 0,34 coeficientul Poisson

Ri =Dc/2 = (D-2·)/2= (92-2·9)/2=37 mm - raza interioara a capului pistonului;

rI[0,Ri] - raza oarecare

yI[-/2;+ /2]

Valorile extreme ale tensiunilor se obtin in centrul placii si in incastrare pentru y= /2:

-in centrul placii (r=0)

*’rc= ’c= 15,11 MPa  (3)

-in incastrare (r=Ri)

*’ri=22,57 MPa

(3’)

*’ i=’ri= 0,34· (22,57)=7,67 MPa

Pentru stabilirea solicitarii termice a capului pistonului se procedeaza in felul urmator: se determina tensiunile *r1 si *1 schematizand capul pistonului sub forma unei placi circulare, libera pe contur, cu grosime constanta supusa unui camp de temperatura axial simetric. Se tine seama ca peretele lateral al pistonului impiedica dilatarea libera a capului creand pe suprafata pistonului o presiune p; se calculeaza tensiunile *r2 si *2 care tin seama de presiunea p; se determina tensiunile *r2 si *2 cauzate de variatia temperaturii pe directia axei placii (axa Oy).

Se considera ca temperatura in placa este distribuita dupa legea :

(4)

unde Tc =300 K - temperatura in centrul placii

T=40K - diferenta de temperatura intre centrul si marginea placii;

Aceasta variatie de temperatura creeaza tensiunile:

(5)

care au urmatoarele valori:

-in centrul placii (r=0):

*r1c= *1c= -14,69 MPa (5’)

-in incastrare (r=Ri):

*r1i=0

(5”)

*1i=29,4 MPa

in care =21·10-6 K-1 - coeficientul de dilatare termica liniara;

E=7·104 MPa - modulul de elasticitate longitudinala.

Presiunea care ia nastere pe suprafata frontala a placii se calculeaza cu relatia:

(6)

in care

cu R=D/2= 92/2=46 mm

Figura 5



Aceasta presiune determina tensiuni de compresiune constante pe directie radiala *cr si pe directie circumferentiala *c egale intre ele si egale cu p, in toate punctele placii:

*cr=*c=0

Prin suprapunere de efecte se determina:

*r2 =*r1+p

(8)

*2 = *1+p

In centrul placii(r=0)

*r2c =*r1c+ p = -14,69-9,3 = -23,99 MPa

*2c = *1c+ p = -14,690 -9,3 = -23,99 MPa

iar in incarcare (r=Ri)

*r2i =*r1i+p= 0-9,3=-9,3 MPa

(8”)

*2i = *1i+p= 29,4-9,3 =20,1 MPa

Figura 6

Considerand o variatie liniara a temperaturii pe grosimea placi, in aceasta apar tensiuni de incovoiere pe directie radiala *r3 si circumferentiala *3 egale intre ele si care se calculeaza cu relatia:

(9)

cu T0=Ts-Ti= 30 K - diferenta de temperatura intre temperatura pe suprafata superioara (Ts) si inferioara (Ti).

Pentru y= /2 se obtin expresiile tensiunilor pe suprafata inferioara si superioara a placii:

(9’)

Aceste tensiuni au valoare constanta pentru orice valoare a razei rI[0,Ri] variind numai pe inaltimea placii.

Tensiunile totale ce apar in placa *r si * se determina prin suprapunere de efecte. Punctele cele mai solicitate se gasesc in centru (r=0) si la periferia placii (r=Ri) pe suprafetele superioara (y=-/2)si inferioara (y=+/2).

Valorile acestor tensiuni sunt:

-in centrul placii (r=0):

- pe suprafata inferioara (y=+/2)

*rc=*rc’ *r2+*r3= 15,11 - 23,99+33,41 = 24,53 MPa

(10)

*c=*c’ +*2 +*3 = 15,11-23,99+33,41= 24,53 MPa

-pe suprafata superioara (y=-/2):

*rc=*rc’ vr2*r3= -15,11 - 23,99-33,41 = -72,51 MPa

(10’)

*c=*c’ +*2 +*3 = -15,11-23,99-33,41= -72,51 MPa

- pe conturul placii (r=Ri)

-pe suprafata inferioara (y=+/2)

*ri= - *ri’ - *r2+*r3= -22,57 - 9,3 +33,41= 1,54 MPa

(10”)

*=*i’ +*2 +*3 =-7,67 + 20,1 +33,41= 45,84 MPa

-pe suprafata superioara (y=-/2):

*ri=*ri’ - *r2 - *r3= 22,57 - 9,3 -33,41= -20,14 MPa

(10”’)

*=*i’ +*2 +*3 = 7,67 + 20,1 -33,41= -5,64 MPa

Dupa teoria tensiunilor tangentiale maxime, daca tensiunile *rc si *c sau *ri si *i au acelasi semn, se va lua tensiunea maxima in valoare absoluta si se va compara cu tensiunea admisibila



|*max | |*a | (11)

Daca cele doua tensiuni au semne diferite, atunci se va face suma valorilor absolute si se va compara cu tensiunea admisibila:

|*rc |+|*c | |*a |

|*ri |+|*i | |*a |

cu

*a =*c/cr =240/2=120 MPa

unde cr=2- coeficientul de siguranta

In cazul de fata avem:

-in centrul placii:

-pe suprafata inferioara:

*max = 24,53 MPa *a (13)

-pe suprafata superioara:

*max = 72,51 MPa *a (14)

-pe conturul placii:

-pe suprafata inferioara:

*max =|*ri |+|*i |= 1,54 + 45,84 =47,38 MPa *a (15)

-pe suprafata superioara:

*max =20.14 MPa *a (16)

5 Verificarea regiunii port-segmenti

Aceasta verificare se face la compresiune, luand in considerare presiunea maxima a gazelor.

Sectiunea periculoasa este aceea a deschiderilor prin care se evacueaza uleiul colectat de segmentul de ungere.

Se adopta un numar de n=6 orificii de evacuare a uleiului cu diametrul d=1,5 mm.

Aria neta a sectiunii va fi:

Figura 6

(17)

cu

Ds = (D-2a)/2 = (92-2·4,19)/2= 41,84 mm

Di = (D-2)/2 = (92-2·9)/2= 37 mm

Tensiunea la compresiune ce se dezvolta in aceasta sectiune se determina cu relatia:

(18)

valoare care trebuie sa fie mai mica decat *a=120 MPa .

*comp=101,3MPa *a (19)

6 Verificarea mantalei

Verificarea mantalei consta in compararea presiunii ce ia nastere intre suprafata laterala a pistonului si suprafata interioara a camasii cu presiunea admisibila. Aceasta presiune apare datorita fortei normale N si nu trebuie sa depaseasca limita admisibila: pa= 0,40,8 MPa, a carei depasire poate periclita pelicula de ulei.

pm = Nmax / D· Lm= 2287 / 92· 55 = 0,4519 MPa (20)

unde Nmax = 2287 N - forta normala maxima

Lm = 55 mm - lungimea mantalei

Figura 7

7 Verificarea umerilor pistonului

Verificarea la forfecare a umerilor pistonului se face cand acestia nu sunt solidarizati prin nervuri cu suprafata interioara a pistonului. Relatia de calcul este:

(21)

in care:

pmax este presiunea maxima din cilindru:

D diametrul exterior al cilindrului:

du diametrul exterior al umarului;

d diametrul interior al umarului, egal cu diametrul exterior al boltului;

tensiunea tangentiala admisibila ( )








Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 SCHITA DE PROIECT DIDACTIC GEOGRAFIE CLASA: a IX-a - Unitatile majore ale reliefului terestru
 PROIECT DIDACTIC 5-7 ani Educatia limbajului - Cate cuvinte am spus?
 Proiect atestat Tehnician Electronist - AMPLIFICATOARE ELECTRONICE
 Proiect - masurarea si controlul marimilor geometrice

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 LUCRARE DE DIPLOMA MANAGEMENT - MANAGEMENTUL CALITATII APLICAT IN DOMENIUL FABRICARII BERII. STUDIU DE CAZ - FABRICA DE BERE SEBES
 Lucrare de diploma tehnologia confectiilor din piele si inlocuitor - proiectarea constructiv tehnologica a unui produs de incaltaminte tip cizma scurt

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 LUCRARE DE LICENTA CONTABILITATE - ANALIZA EFICIENTEI ECONOMICE – CAI DE CRESTERE LA S.C. CONSTRUCTIA S.A TG-JIU
 Lucrare de licenta sport - Jocul de volei
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 PROIECT ATESTAT MATEMATICA-INFORMATICA - CALUTUL INTELIGENT
 Proiect atestat Tehnician Electronist - AMPLIFICATOARE ELECTRONICE
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 ATESTAT PROFESIONAL TURISM SI ALIMENTATIE PUBLICA, TEHNICIAN IN TURISM




Fluxul tehnologic pentru aliajul ATCZn10Si7
INTRETINEREA, DEFECTELE IN EXPLOATARE SI REPARAREA INSTALATIEI DE ALIMENTARE A MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCANTEIE
CUNOASTEREA SI REGLAREA PRESELOR MECANICE CU EXCENTRIC
Grupul piston
TEHNOLOGIA DE FABRICARE A ARBORELUI COTIT
Calculul segmentilor
MASINI UNELTE
FORMULARILE PRINCIPIULUI AL II-LEA AL TERMODINAMICII




Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu