VERIFICAREA UMERILOR PISTONULUIUmerii pistonului sunt solicitaţi variabil la încovoiere după un ciclu alternant. În cazul în care

se folosesc aliaje uşoare, în umeri pot apărea şi eforturi unitare de fretaj la rece, situaţie în care pistonul trebuie încălzit înaintea montării bolţului.

Presiunea convenţională maximă ce se dezvoltă în umeri prin apăsarea bolţului nu trebuie să depăşească anumite valori (tabelul 5.1), pentru care uzurile devin inacceptabile.

Tabelul 5.1.

Materialul pistonuluiAutomobile şi tractoare M.A.C. pt. locomotive, nave

M.A.S. M.A.C. Bolţ fix în piston Bolţ flotant

Aliaj de aluminiu 40...60 [MPa] 30 [MPa] 25...30 [MPa] 30 [MPa]

Fontă sau oţel --- 35 [MPa] 35...40 [MPa] 32 [MPa]

În figura 5.1 este reprezentată zona umerilor pistonului, cu toate dimensiunile ce intervin în calculul de verificare.

Figura 5.1

Calculul lui pumax [MPa] se efectuează cu relaţia:

[MPa] (1)

unde: Mp [kg] = masa pistonului echipat numai cu segmenţi; pZ [MPa] = presiunea maximă din cilindru; p0 [MPa] = presiunea mediului ambiant; d [mm] = diametrul bolţului; l [mm] = lungimea bolţului; B [mm] = distanţa dintre umerii pistonului

Se consideră că forţa din bolţ se distribuie uniform pe lungimea umerilor pistonului. Eforturile unitare maxime şi minime de încastrare se calculează cu relaţiile:

[MPa]

(2)

[MPa]

(3)

unde ; du [mm] = diametrul exterior al umerilor pistonului

Se calculează valorile :

Amplitudinea eforturilor [MPa] (4)

Efortul mediu [MPa] (5)

Coeficientul de asimetrie [MPa] (6)

(7)

Coeficientul de siguranţă la oboseală se calculează cu relaţiile:

A. În cazul în care: (8)

atunci coeficientul de siguranţă “c” se calculează cu expresia:

(9)

B. În cazul în care relaţia (8) nu este îndeplinită, coeficientul de siguranţă se determină cu

expresia: (10)

Coeficientul de concentrare al tensiunilor se alege astfel: Pentru variantele constructive la care în umărul pistonului este prevăzută o gaură pentru

accesul uleiului, coeficientul se alege din figura 4.2, funcţie de raportul dintre diametrul dgu al gaurii din umăr şi grosimea umărului, (du-d).

În celelalte cazuri, concentrarea tensiunilor este generată de racordarea umăr – RPS sau umăr – manta, iar coeficientul se determină din figura 3.3, în funcţie de raportul dintre raza de racordare rb şi du

Factorul dimensional se determină din figura 3.4, în locul grosimii considerându-se du. Coeficientul de calitate se alege din tabelul 3.11.Când pistonul se confecţionează din aliaj de aluminiu, jocul diametral între bolţ şi umeri la

rece, r [mm], este mai mic decât cel care se satbileşte la cald, c [mm].

[mm] (11)

unde: p şi b [1/K] = coeficienţii de dilatare ai materialului pistonului, şi respectiv bolţului;

Tu şi Tb [K] = diferenţele de temperatură (în raport cu mediul ambiant) ale umerilor pistonului, şi respectiv bolţului, la regim nominal.

La pistoanele actuale, diferenţele de temperatură la umeri şi bolţ sunt cuprinse între limitele:Tu = 130..................180 [K]Tb = 130...................140 [K]

Valorile mai mari caracterizează motoarele supraalimentate.Indiferent de materialul pistonului, jocul la cald c trebuie să asigure menţinerea peliculei de

ulei şi totodată să evite solicitarea prin şoc a mecanismului motor. Ambele condiţii sunt îndeplinite acceptabil dacă c = (0,001..............0,003)d.

Uneori apare o strângere la rece, situaţie în care r calculat cu relaţia (11) are valoare negativă. În acest caz, se calculează:

Presiunea de fretaj pf :

[MPa] (12)

unde şi b = coeficienţii contracţiilor transversale la materialele pistonului, şi respectiv bolţului; E, Eb [MPa] = modulele de elasticitate longitudinală ale aceloraşi materiale.

Efortul unitar de fretaj pe fibra exterioară:

[MPa] (13)

Efortul unitar de fretaj pe fibra interioară:

[MPa] (14)

Pentru a nu deteriora suprafaţa interioară a umerilor la montarea bolţului, în cazul în care r 0, pistonul trebuie iniţial încălzit la o temperatură mai mare decât Tm [K]:

[K] (15)

T0 [K] = temperatura mediului ambiant.

Fig.3.3.

F

Fig.4.2