TIJA PISTONULUI . CAPUL DE CRUCE. PATINA. GLISIERA

Acest sistem de mecanism se foloseste in special la motoarele mari navale. El descarca pistonul de forta de presiune, prin aceasta asigurind functionarea pistonului mult mai sigura.

TIJA PISTONULUI

Rolul functional Fig. 44

La motoarele mari navale, forta normala pe suprafata cilindrului N este foarte mare. Rezulta frecari foarte mari si uzuri rapide ale camasii cilindrului. De aceea, aceste motoare au mecanismul motor cu cap de cruce (fig. 44. b), caz in care forta normala N se transmite direct batiului prin intermediul capului de cruce.

Aceste motoare prezinta urmatoarele particularitati:

a)      posibilitatea unui joc mai mare intre piston si cilindru;

b)      utilizarea unor pistoane cu inaltime (implicit masa) redusa;

c)      posibilitatea etansarii carterului prin etansarea trecerii tijei pistonului in carter;

d)     micsorarea uzurii pistonului.

Tija pistonului este organul care face legatura dintre piston si capul de cruce, transmitand forta de presiune a gazelor.

Constructia tijei pistonului

Tija pistonului (fig. 45) are o sectiune circulara (plina sau tubulara). Asamblarea cu pistonul se realizeaza prin insurubare cu ajutorul unei flanse circulare. Razele de racordare a flansei cu corpul tijei sunt mari, iar pistonul trebuie prevazut cu stifturi pentru centrarea cu flansa.

Tija este folosita, de regula, la conducerea agentului de racire (ulei, uneori apa) la piston. Cand se asigura circulatia agentului de racire in ambele sensuri, se prevede in interiorul tijei o teava din alama sau din otel inoxdabil.

Fixarea tijei in traversa capului de cruce se face printr-o coada cilindrica sau conica filetata. Piulita de fixare trebuie asigurata contra desfacerii cu o contrapiulita sau cu un stift.

Etansarea trecerii in carter poate fi realizata cu ajutorul unor placi circulare infiletate in corpul batiului. In interior sunt prevazute inele de etansare.

Fig. 45.

Solicitarile si materialele de fabricatie

Sub actiunea fortei de presiune a gazelor, tija pistonului este solicitata la compresiune si la flambaj. Suprafata conica de fixare in traversa capului de cruce este solicitata la strivire sub actiunea aceleiasi forte.

Ca materiale de fabricatie se utilizeaza otelurile de inalta rezistenta sau otelurile aliate cu Cr, Ni, Mn.

Tija pistonului face legatura dintre capul pistonului si capul de cruce si se confectioneaza din acelasi material ca si corpul bielei (otel forjat). La motoarele cu simpla actiune partea superioara a tijei pistonului se termina cu o flansa rotunda de care se prinde regiunea portsegmentilor a pistonului. Trecerea de la flansa spre tija, se executa cu raza mare de rotunjire. Partea superioara a pistonului trebuie sa aiba stifturi pentru centrare cu flansa. Bolturile care unesc tija cu capul pistonului trebuie sa fie destul de lungi pentru a se stringe bine. Sectiunea tijei poate fi rotunda masiva (la motoarele lente) sau egala pe diametru (la motoarele rapide). Tija pistonului este legata cu capul de cruce printr-o coada cilindrica cu piulita la sfirsit sau in forma de con, fixat cu piulita sau pana.

ulei de refulare

ulei de aspiratie

Legatura tijei cu capul de cruce trebuie fixata bine, in acelasi timp insa sa permita o demontare rapida la scoaterea pistonului. La motoarele cu dubla actiune (motoarele la care procesul ciclic se realizeaza in doua spatii aflate pe ambele fete ale pistonului, fazele de functionare de pe ambele fete fiind decalate), la flansa de sus a tijei se prind cu ajutorul bolturilor ambele parti ale pistonului. Legatura tijei cu capul de cruce se face printr-o coada cilindrica fixata cu una sau doua piulite. Pentru a apara impotriva corodarii canalul din tija pistonului, in cazul racirii pistonului cu apa, in acest canal se monteaza un tub subtire din otel inoxidabil sau se acopera canalul cu o substanta anticoroziva.

Aspiratia si evacuarea lichidului de racire (apa sau uleiul) trebuie facute obligatoriu prin partea inferioara a tijei, deoarece in cazul orificiilor radiale in corpul tijei acestea produc tensiuni locale interne, periculoase pentru rezistenta ei.

Cind avem tub in interior, lichidul poate fi adus si prin orificii radiale, insa dispuse in partea de jos a tubului.

Patinele se executa in trei variante:

a)      unilaterala, la care forta normala (de presiune) la mersul inainte este preluata de suprafata principala de sprijin a patinei, acoperita de obicei cu babit, iar pentru mersul inapoi se folosesc doua portiuni inguste de sprijin, latimea totala a lor fiind 2/3 din cea principala (falcele).

b)      bilaterala, care are patru suprafete de sprijin identice, din care doua folosesc pentru mersul inainte si doua pentru mersul inapoi.

c)      bilaterala, care are doua suprafete de sprijin de forma cilindrica identice.

Varianta "b" este mai complicata decit "a", in schimb permite lucrul in ambele parti. De asemenea si fortele de apasare sint identice la ambele curse.

Prinderea patinei unilaterale de capul de cruce se face cu 4 sau 6 bolturi, care trec prin capul de cruce.

Pentru a nu permite patinei sa se miste in lungul motorului se prevad niste falcele speciale de sprijin (limitatoare). Suprafetele de frecare ale patinelor se acopera cu babit si sint dotate cu canale de ungere pe suprafata lor. Uleiul este adus din instalatia de ungere.

l₁/2

d₁

b b

B H

Lungimea patinei : H=(0,55 - 0,65) S ; S - cursa pistonului;

Latimea patinei: B=( 0,6 -0,7) H

Latimea suprafetei la mersul de intoarcere: b= (0,18 - 0,25) H;

Distanta dintre axele patinelor bilaterale: L=(1,4 - 1,6) D; D - diametrul cilindrului;

Diametrul fusurilor capului de cruce: d₁= (0,48 - 0,50)B

Lungimea totala a celor doua fusuri: l₁= (1,35 - 1,60)d₁

Capul de cruce leaga intr-un singur sistem tija pistonului, patina si partea superioara a pistonului. La o constructie obisnuita capul de cruce trebuie sa aiba suprafata pentru patina, orificiul pentru coada tijei pistonului si doua fusuri pentru biela in furca.

Pentru micsorarea greutatii capului de cruce acesta se gaureste la interior.

Fusurile capului de cruce se ung cu ulei sub presiune. Presiunea gazelor care actioneaza asupra pistonului este transmisa tijei pistonului, iar aceasta la rindul ei prin intermediul dispozitivului de ghidare (capul de cruce, patina si glisiera) transmite mai departe mecanismului biela - manivela, realizind astfel punerea in miscare a axului motorului.

Fortele care actioneaza asupra capului de cruce sint:

P - forta ce se exercita asupra pistonului si se N

descompune in :

S - forta asupra bielei

N - forta asupra glisierei P S

Forta N se transmite prin patina glisierei.

Forta S actioneaza de-a lungul bielei si se

descompune la rindul ei in :

- T - tangenta la cercul descris de

manivela si creeaza momentul

de rotatii al arborelui. Q T

- Q - forta pe directia arborelui

In cursa de intoarcere forta N apasa in sensul S

opus pe a doua glisiera (la navele care folosesc

curent marsul inapoi) .

In cazul unei singure glisiere, cea de-a doua este inlocuita cu doua falcele de ghidare fixate pe glisiera existenta. Glisierele se prevad cu racire interioara cu apa.

MATERIALE SI TEHNOLOGIE

Corpul capului de cruce este confectionat din otel turnat sau forjat si apoi prelucrat la strung si freza.

Fusurile (bolturile) capului de cruce sint supuse apoi tratamentului termic.

De obicei patinele se confectioneaza din fonta, iar suprafetele de lucru se acopera cu un strat de compozitie.

Patinele pot fi dintr-o bucata cu capul de cruce sau se fixeaza pe acesta cu suruburi.

Pentru motoarele mici nu este necesara sa se acopere patinele cu compozitie, deoarece patinele din fonta functioneaza satisfacator pe glisierele din fonta.

Glisierele se confectioneaza din fonta sau otel turnat si se prevad cu racire interioara in apa.

Falcelele se construiesc de asemenea din fonta, otel turnat sau forjat si se fixeaza in buloane pe glisiera sau pe batiul motorului.

CAPUL DE CRUCE

Rolul functional

Capul de cruce realizeaza legatura dintre tija pistonului si biela. El preia forta de presiune a gazelor si transmite bielei componenta longitudinala, iar batiului - prin intermediul glisierelor si patinelor - componenta normala.

Fig. 46.

Constructia capului de cruce

Partea centrala a capului de cruce o constituie traversa in care este fixata tija pistonului (fig. 46). Pe traversa sunt fixate fusurile pentru articularea piciorului bielei si bratelor patinelor. In acest caz, piciorul bielei este in forma de furca, dar priderea bielei poate fi realizata si cu ajutorul unui bolt.

Patinele se pot executa in mai multe variante. Astfel, exista patine unilaterale (fig. 46. a), la care forta normala intr-un sens este preluata de suprafata de sprijin a patinei (glisiera fixata de batiu), iar pentru celalalt sens se folosesc doua portiuni inguste de sprijin, numite falcele. Prinderea patinei unilaterale de capul de cruce se face cu 4 sau 6 bolturi care trec prin traversa capului de cruce. Exista, de asemenea, forme bilaterale cu patru suprafete de sprijin plate, identice (fig. 46. b) sau cu doua suprafete de sprijin cilindrice, identice (fig. 46. c).

4.3. Solicitarile si materialele de fabricatie

Capul de cruce trebuie sa fie o piesa robusta, capabila sa preia eforturi in regim de solicitari dinamice, periodice si cu socuri. Principala solicitare de care se tine seama la dimensionarea capului de cruce o constituie presiunea dintre patina si glisiera. Valoarea acestei presiuni trebuie sa nu conduca la intreruperea filmului de ulei de ungere.

Capul de cruce este confectionat din otel, turnat sau forjat, si prelucrat apoi prin strunjire si frezare. Fusurile (bolturile) capului de cruce sunt supuse tratamentului termic. Suprafetele de frecare ale patinelor se acopera cu un strat de material antifrictiune (babit, de ex.) si sunt prevazute cu canale de ungere. Glisierele se confectioneaza din fonta sau otel turnat, fiind prevazute cu racire interioara cu apa.