1 Rolul : Arborele cotit transforma miscarea pendulara a bielei in miscarea de rotatie pe care o cedeaza apoi transmisie si rotilor motoare ale autovehiculelor. El antreneaza totodata in miscare si alte sisteme auxiliare ale motorului. Arborii cotiţi sunt folosiţi în construcţia motoarelor cu ardere internă, maşinilor cu abur cu compresoare se întâlnesc arbori rigizi de mare precizie, iar la maşini agricole(prese de balotat, combine, selectoare, etc), arbori nerigizi. Condiţiile tehnice impuse arborilor cotiţi recondiţionaţi trebuie să fie aceleaşi cu ale arborilor noi. Astfel, pentru arborii cotiţi ai motoarelor precizia diametrelor fusurilor paliere şi manetoane trebuie să corespundă treptelor 6...7 ISO, ISO, oval ovalititat atea ea fusu fusuri rilo lorr să nu depă depăşe şeas ască că 0,02 0,02 mm, mm, pist piston on,, pomp pompel elor or şi compresoarelor cu piston, preselor cu manivelă, maşinilor agricole,etc,având rolul de transformare a mişcării de translaţie în mişcare de rotaţie sau invers. Caracteristica principală care îi diferenţiază este rigiditatea, astfel ca la motoare şi iar conicitatea la 100 mm de 0,02...0,03 mm(la motorul Saviem Saviem 797 se prescriu o ovalitate şi o conicitate maxime de 0,02 mm, la motorul MAN-D2156 HMN se prescrie valoarea maximă de 0,01 mm). Abaterea de la paralelism nu trebuie să depăşească 0,02 mm pe lungimea de 100 mm. De asemenea rugozitatea fusurilor trebuie să aibă valori de 0,4...0,8 mm, iar duritatea acestora 52...64 HRC. Pentru arborii cotiţi ai maşinilor agricole se prevăd toleranţele diametrelor corespunzătoare treptelor 8...9 ISO. Arborii cotiţi ai motoarelor sunt executaţi din materiale cu rezistenţa mare la oboseală, ce asigură obţinerea unor durităţi ridicate a suprafeţelor fusurilor paliere prin tratamente de suprafaţă: OLC 45 (motor DUO, Dl 15), 33MoCrîl (motor797 -05), 40Crl0 (compresor LP1848 şi 1982), fonte aliate cu crom, nichel, molibden şi fonte modificate cu grafit nodular(Dacia 1300). Arbo Arbori riii coti cotiţiţi ai maşi maşini nilo lorr agri agrico cole le sunt sunt exec execut utaţ aţii din din oţel oţelur urii de uz general(OL 50,OL 60) şi mai rar din oţeluri carbon de calitate(OLC 25,OLC 35), deoarece transmit sau preiau momente de încovoiere sau răsucire de valori mici.
2 Materiale folosite : La execuţia arborilor cotiţi pentru automobile au tomobile şi tractoare semifabricatele se obţin prin forjare în matriţe închise sau prin turnare. Prin forjarea arborilor cotiţi se obţine fibrajul corespunzător care să asigure rezistenţa la oboseală. După matriţâre semifabricatul este trecut la tratamentul termic de normalizare, redresare şi în final la sablare. Turnarea arborilor cotiţi se face in forme uscate sau în coji de bachelită, care permit turnarea de precizie cu un grad înalt de mecanizare
Materialul pentru arborele cotit depinde de procedeul de fabricatie si de dimensiunile arborelui. Arborele cotit se confectioneaza prin doua procedee: prin forjare si prin turnare. Forjarea se efectueaza liber sau in matrita, cand lungimea arborelui cotit nu depaseste aproximativ 2 m. Forjarea in matrita prezinta avantajul ca fibrele, urmand conturul presei, nu comporta intreruperi. Arborii cotiti forjati se confectioneaza din otel ; cei turnati se confectioneaza din fonta sau otel. Intrucat conditia de rigiditate a arborelui cotit impune dimensionarea larga a cotului, solicitarea lui coboara sub un asemenea nivel incat este posibila utilizarea otelurilor nealiate si anume otelul de calitate cu continut mediu de carbon ( OLC 45x, OLC 60x,STAS 880-66) cu rezistenta la rupere 70…80 daN/mm2. La MACul mai solicitat, se utilizeaza oteluri aliate cu Cr, Ni, Mo, V (STAS 791-66), care au o rezistenta la rupere superioara, 85…125 daN/cm2, dar un cost ridicat. O varietate de otel pentru arborele cotit este otelul aliat NiCrMo (C = 0,22…0,25%, Ni = 3,75%…4,0%, Cr = 1,1…1,3%, Mo = 0,45…0,55%, Si = 0,25…35%, Mn = 0,30…0,45, S+P <0,025). Arborele cotit este confectionat din aceste materiale, pentru a rezista la solicitarile de incovoiere, rasucire, uzura, socuri si vibratii, arborele cotit se va confectiona din semifabricate obtinute din fonta aliata sau din fonta modificata, prin operatia de turnare, urmata de prelucrari mecanice.Arborele motor a primit denumirea de ,, arbore cotit’’ datorita configuratiei axei sale de simetrie, care serpuieste, coteste alternativ de la un fus palier la un fus maneton si inapoi la fusul palier.
3 Sarcini : Este cea mai solicitata piesa prin care trece intreaga putere a motorului si asupra careia actioneaza forte variabile ca marime, directie si sens. Arborele cotit este prevazut cu un numar ,, n ’’de fusuri manetoane coaxiale, egal cu numarul cilindrilor motorului, si cu un numar de ,,n+1’’ fusuri paliere, prin intermediul carora arborele se sprijina pe lagarele paliere, coaxiale. Legatura dintre fusuri paliere si fusuri manetoane este facuta de bratele manetoane, in prelungirea carora se gasesc contragreutatile care folosesc la echilibrare si asigura rotirea lina, fara socuri, a arborelui cotit. Partea arborelui cotit prin care se transmite miscarea la utilizator (la ambreiaj ) se numeste partea posterioara, si este prevazut cu o flansa pe care se va presa si se va asigura cu suruburi volanta si coroana dintata care serveste la pornirea automata a motorului. La celalalt capat, numit partea frontala, sunt prevazute suprafete cilindrice conice sau in trepte, prevazute cu pene, pe care se vor monta pinionul de distributie, amortizorul oscilatiilor de torsiune si fulia pentru antrenarea ventilatorului, generatorului de curent, pompei de apa si a altor anexe. In capatul frontal este practicata o gaura filetata in care se insurubeaza clichetul numit si rac, pentru pornirea manuala a motorului la manivela.
In timpul functionarii arborelui, iau nastere oscilatii de torsiune care, la anumite turatii ale motorului pot sa produca fenomenul de rezonanta, periculos prin efectele sale. Pentru a preintampina acest fenomen, in partea frontala a arborelui se monteaza amortizorul oscilatiilor de torsiune care, prin frecarea interioara a masei de cauciuc, absoarbe o parte din energia vibratiilor. Socurile si vibratiile torsionale, transmise de la arborele cotit, se vor inmagazina in masa de cauciuc care face corp comun cu discul masiv, disc care are tendinta sa se roteasca uniform. Legatura masei de cauciuc si a discului cu arborele cotit se face prin flansa profilata care se strange cu suruburi pe butucul fuliei. Fac precizarea ca nu toate motoarele sunt prevazute cu amortizoare de oscilatii.Volanta, montata pe capatul posterior al arborelui cotit, are forma unui disc masiv din fonta cenusie care inmagazineaza energia dezvoltata de motor in faza de ardere si destinderea si o cedeaza arborelui cotit, pe care il invarte in fazele de admisie, compresie si evacuare. Volanta reduce rotirea neuniforma a arborelui, atenueaza socurile care apar la trecerea pistonului prin punctele moarte si usureaza pornirea motorului si plecare automobilului de pe loc. Pe volanta se monteaza prin presarea coroana dintata, confectionarea din otel carbon, care va fi antrenata de pinionul bendixului la pornirea automata (la cheie ) a motorului.Pe volanta se imprima si reperele ajutatoare pentru punerea la punct a aprinderii si distributiei. Corpul arborelui cotit este prevazut in interior cu canale capilare prin care circula ulei sub presiune intre fusurile paliere si fusurile manetoane. De asemenea, la capete este prevazut cu gauri de centrare, prevazut cu conuri de protectie, pentru a putea fi montat intre varfuri pentru rectificarea si verificari. Pentru ca arborele cotit sa se invarta cat mai uniform, lin, deci pentru ca motorul sa functioneze cat mai silentios, se efectueaza echilibrarea arborelui cotit.
4 DEFECŢIUNI ALE ARBORILOR COTIŢI Defecţiunile caracteristice arborilor cotiţi sunt: exfolierea stratului dur exterior al fusurilor încovoiere, răsucire, înfundarea canalizaţiei de ungere, uzarea canalelor de pană, uzarea locaşului pentru rulment(bucşă), uzarea fusurilor paliere şi manetoane. Arborii cotiţi se rebutează când sunt rupţi, fisuraţi şi răsuciţi peste limitele admisibile. Recondiţionarea propriu-zisă este precedată de operaţiile de curăţarespălare atât la exterior cât şi a canalelor de lubrefîere. Curăţarea canalelor de lubrifiere se ,obţine prin trimiterea unui jet de petrol sau o soluţie cu detergent şi aer comprimat sub presiunea de IO6 Pa, urmată de suflare cu aer comprimat. Arborii astfel curăţaţi se supun controlului defectoscopic şi dimensional. Încovoierea arborilor cotiţi poate fi cauzată de nerespectarea coaxialităţii fusurilor
paliere şi a mărimii jocurilor între fusurile paliere şi cuzineţi, în urma execuţiei sau recondiţionării. Mărimea săgeţii de încovoiere se măsoară cu un comparator cu cadran al cărui palpator se poziţionează pe fusul palier din mijloc, iar fusurile de capăt se sprijină pe prisme unghiulare. Această operaţie se execută de obicei pe masa piesei de îndreptat sau pe maşina de rectificat fusuri paliere cu prinderea arborelui între vârfurile fixe ale maşinii. La verificarea între vârfuri a încovoierii arborelui se are în vedere starea orificiilor de centrare, pentru a se elimina posibilitatea introducerii de erori din cauza găurilor de centrare, (bătaia radială a palierelor de capăt nu poate depăşi valoarea de 0,05 mm). Odată cu verificarea încovoierii se verifică şi bătaia axială a flanşei pentru fixarea volantei. O bătaie mai mare de 0,05 mm impune recondiţionarea prin rectificare frontală a flanşei. Arborii încovoiaţi se îndreaptă la prese hidraulice la care se indică forţa aplicată în serii timp de 1 ..3 min. Un procedeu mai precis de îndreptare a arborilor cotiţi de dimensiuni mari şi mijlocii cu deformaţii reduse se realizează cu ajutorul unui dispozitiv cu cap vibrator. Prin acest procedeu arborele se îndreaptă în alte zone decât cele cu concentratori de eforturi (racordările, degajările), iar stabilitatea îndreptării este foarte mare. Răsucirea arborelui se constată prin aşezarea acestuia cu fusurile paiiere de capăt pe prisme unghiulare şi controlul înălţimii de la placa de control la fusurile manetoane corespondente. Canalele de pană uzate se pot încărca prin sudare şi reface Ia dimensiuni nominale. Când acest lucru nu este posibil se frezează un nou canal decalat la 90° sau 180° cu condiţia să se ţină seama de implicaţiile asupra pieselor cu care se asamblează. Alezajele ovalizate din flanşă pentru prinderea volantului se majorează sau se decalează cu acelaşi unghi. Uzarea fusurilor paliere şi manetoane este principala cauză care impune recondiţionarea arborelui cotit.
Fig. 1 Indreptarea arborilor cotiti prin ecruisare locala: a,b – zonele ecruisarii; c,d –zonele ecruisarii la arborele intreg; 1- arbore cu cama rotativa; 2ciocan vibrator; 3- arbore cotit Fusurile se uzează datorită preluării forţei de presiune a agentului de lucişi a forţelor de inerţie datorate schimbării sensului mişcării pieselor ce se deplasează liniar (în cazul motoarelor şi compresoarelor aceste piese sunt: pistonul cu segmenţi şi capul mic al bielei cu bolţul), ca în figura 2.
Fig.2. Schema forţelor ce solicită arborele cotit. a) Forţa de presiune a gazelor; b) Forţele de inerţie ale pieselor în mişcare de translaţie. Mărimea uzărilor se pune în evidenţă prin măsurare cu micrometre de exterior, pasametre, etc. La capetele fusurilor, ovalitatea se determină ca diferenţa între valoarea cea mai mare şi cea mai mică a diametrelor, măsurate în plane de secţiune perpendiculare pe axele geometrice ale fusurilor paliere şi manetoane. Valorile minime măsurate sunt cele care impun treapta de reparaţie sau recondiţionarea prin aducerea la diametrul nominal. Această ultimă metodă presupune încărcarea fusurilor paliere şi manetoane prin diferite procedee, ca de exemplu: cromare, metalizare, sudare, urmate de prelucrări de finisare prin aşchiere.
Procedeele de încărcare se aplică diferenţiat, în funcţie de mărimea uzării şi materialul arborelui cotit.
5 Repararea arborelui cotit. Uzura fusurilor paliere este, de obicei, mai redusa decat la fusurile manetoane. Daca fusul palier central este rizat, inseamna ca grupul volantambreiaj este dezechilibrat. Lustruirea fusurilor (ultima operatie in procesul reconditionarii ) se poate face pasta de rodat fina. Incovoierea sau torsionarea arborelui cotit se poate produce in urma unei solicitari mari cu caracter de soc. Aceste deformatii cauzeaza uzuri rapide la paliere. Fisurarea arborelui cotit poate aparea in urma unor defectiuni de fabricati sau datorita oboselii materialului. Determinarea fisurilor se face corect prin defectoscopie magnetica numai in intreprinderile constructore. Exfolierea se poate produce datorita materialului semifabricatului, a tratamentelor termice incorecte sau datorita metalizarii incorecte a fusurilor, la reconditionare. Scule si dispozitive folosite. Procesul tehnologic de reconditionare a arborelui cotit, cuprinde urmatoarele reparatii: - reconditionarea fusurilor paliere ; - reconditionarea fusurilor manetoane ; - reconditionarea canalului de pana ; - reconditionarea fisurilor ; - indreptarea la rece ; - echilibrare ; - verificarea si control. Fusurile arborelui cotit se pot reconditiona prin micsorarea sau majorarea diametrului lor. Micsorarea diametrului fusului se face prin rectificarea pe masini de rectificat a stratului superficial dur realizat in fabricatie, daca grosimea acestuia o permite la asa-numite trepte de reparare. Reconditionarea fusurilor prin majorarea diametrelor sau majorarea diametrului lor. - cromare , urmata de rectificarea si lustruire; - prin metalizare cu aliaje dure, urmata de rectificare si lustruire. - incarcare prin vibrocontact cu electrozi calibili, urmata de rectificarea si lustruire. Asamblarea mecanismului biela-manivela se efectueaza in ordinea inversa demontarii. Se asambleaza subansamblele, continuand cu asamblarea finala pe bloc-carter.
6 APARATE, S.D.V.-uri ŞI UTILAJE NECESARE 3.1.
Calibre pentru controlul găurilor din flanşă, micrometre de exterior cu
limitele de măsurare 0..25; 25..50; 0..75mm; şubler cu talpă cu limitele de măsurare 40...400 mm, comparatoare. 3.2. Masă modul cu vârfuri de centrare şi comparator sau aparat special pentru măsurarea încovoierii(fig.3.) 3.3. Şabăr cu trei muchii pentru curăţirea găurilor de centrare. 3.4. Lot de arbori uzaţi şi piesă etalon sau desen de execuţie pentru arbori tip 810-99(ARO-L~25; OLTCIT TAI sau TA2; SAVIEM 797-05 sau D 2156). 3.5. Şubler cu limitele de măsurare 40...400mm pentru măsurarea razei manivelei arborelui. 3.6. Catalog de reparare al motorului studiat.
7 MODUL DE EFECTUARE A LUCRĂRII Arboreie cotit curăţat având fusurile manetoane si paliere atent şterse, este analizat vizual cu o lupă (25x1), în scopul identificării crăpăturilor, fisurilor, urmelor de lovituri, spărturilor,etc. 4.2. Se controlează orificiile şi lagărul din flanşa cu calibre. 4.3. Se curăţă găurile de centrare defecte cu şabărul şi se montează arborele între vârfuri. 4.4. Se controlează săgeata de încovoiere prin bazarea arborelui între vârfurile dispozitivului, amplasarea palpatorului pe direcţia razei din planul median al fusului palier central şi rotirea lentă a piesei de controlat de la 0 grade la 360 grade. Se notează valoarea maximă a indicaţiilor comparatorului, care reprezintă dublul săgeţii arborelui 4.5. Se verifică răsucirea arborelui cotit prin aşezarea acestuia cu fusurile paliere de capăt pe prisme unghiulare şi se măsoară înălţimea de la placa de control la fusurile manetoane corespondente, cu ajutorul unui şubler de înălţime . Arborii răsuciţi nu se recondiţionează. 4.6. Măsurarea diametrelor fusurilor paliere şi manetoane ale arborelui cotit se efectuează cu ajutorul unui micrometru de exterior, conform schemei de măsurare din figura 5.Cota de recondiţionare a fusurilor paliere sau manetoane se calculează cu relaţia: 4.1.
d rq ( P , M )
(M);
=
d n ( P , M ) − 2(u t ⋅ d t
+
a p )
în care: - dn(P,M) - valoarea nominală a diametrului fusului palier(P) sau maneton
- du - coeficientul de neuniformitate a uzurii: du=umax/ut=0.5-1.0;(3) ap - adaosul de prelucrare palier sau maneton (0.05 —0. l)mm;
notă
Măsurarea uzurii manetonului, cu ajutorul micrometrului de exterior se face în două secţiuni la cea. 25% din lungimea manetonului, faţă de capete şi în două plane (A-A şi B-B) perpendiculare. Masuratorile s-au facut pentru motor VOLVO cu seria motorului B5254T
8 Verificarea arborelui cotit. Controlul defectelor interne se face prin metode nedestructive (cu ultrasunete sau prin defectoscopie electromagnetică). La prclutrarea mecanică a arborelui cotit se execută următoarele grupe de operaţii: alegerea si prelucrarea bazelor de aşezare ; prelucrarea de semifinisare a fusurilor paliere şi manetoane ; operaţii de găurire ; tratament de durificare ; operaţii de finisare a fusurilor ; echilibrare ; operaţii de control. Operaţiile de echilibrare dinamică se introduc in procesul tehnologic pentru corijarea masei arborelui cotit astfel încît centrul de masă să coincidă cu axa de rotaţie.Echilibrarea se face pe maşini speciale în cadrul cărora efectul unui dezechilibru se manifestă printr-o rezonanţă localizată. Se realizează echilibrajul dinamic acţionînd în consecinţă asupra masei, repartiţiei şi poziţiei unghiulare a surplusului de material. . în vederea recondiţionării, arborele cotit este supus unui control prin defectoscopie electromagnetică sau cu ultrasunete. Verificarea arborelui cotit este o operatie pe care fiecare mecanic auto trebuie sa o efectueze la repararea sau segmentarea motorului. Astfel, se verifica aspectul fusurilor paliere si al fusurilor manetoane si se observa eventualele uzuri. Se verifica starea canalizatiilor de ungere si se curata si se desfunda, daca este cazul. Se verifica starea conurilor de proiectie al gaurilor de centrare intre varfuri, pentru a fi siguri ca arborele poate fi prins pe masina in vederea rectificarii. Cu ajutorul micrometrului, se masoara diametrele fusurilor paliere si ale fusurilor manetoane si se compara cotele reale cu dimensiunile nominale prevazute in desen sau in cartea tehnica a motorului (fig.2.8. ). Se poate indica astfel treapta de reparatie la care poate fi rectificat arborele cotit. La primirea arborelui cotit de la rectificare, in mod obligatoriu vom verifica fusurilor paliere si manetoane .
Foarte multi mecanici auto nu fac aceasta verificare si sunt nevoiti apoi sa sabaruiasca din semicuzineti sau foite de staniol, aceea ce afecteaza total calitatea lucrarii. Cu ajutorul dispozitivului de prindere intre varfuri si cu ajutorul suportului cu ceas comparator din (figura2. 9), se poate masura coaxialitatea fusurilor paliere, respectiv bataia radiala a acestor fusuri.Pentru aceasta, se curata „ gaurile de centrare ” care se gasesc in capetele arborelui cotit si se prinde arborele intre varfuri, astfel incat sa se invarte usor si fara joc. Se masoara pe directia verticala, ca in (figura2. 9), diametrele fusurilor paliere incepand cu fusul palier nr.1, adica primul de langa flansa volanta, si se inscriu valorile pe un caiet. Reglam apoi ceasul comparator pe verticala astfel incat palpatorul acestuia sa atinga fusul palier nr.1 si plimbam palpatorul peste fusul palier pe o directie perpendiculara pe axa fusului, dupa care notam valoare indirecta de indicatorul ceasului comparator. Repetam operatia pentru toate fusurile paliere si, tinand seama de valorile efective ale diametrelor fusurilor paliere, vom determina daca aceasta se gasesc pe aceeasi axa sau daca axa palierelor este incovoiata. Daca vom roti usor arborele cotit in timp ce palpatorul aluneca pe suprafata fusurilor paliere, vom determina atat ovalitatea fusurilor cat si abaterea lor radiala. Pentru a determina gradul de torsionare al fusurilor manetoane, vom roti arborele cotit intre. varfuri astfel incat fusurile manetoane sa formeze un plan orizontal, paralel cu platoul, ca in (figura2. 10), dupa care verificam cu micrometrul diametrele fusurilor manetoane si inscriem valorile intr-un caiet. Reglam ceasul pe verticala, astfel incat palpatorul sa sesizeze suprafata fusurilor manetoane. Daca deplasam palpatorul in sensul „a” si „b” peste fusurile 1 si 4, respectiv peste fusurile manetoane 2 si 4 vom determina daca ele sunt coaxiale si coplanare. Daca unul din fusurile manetoane (de ex. Fm3) este mai sus decat celalalt (Fm2 ) inseamna ca el este torsionat in raport cu arborele, cu t mm (fig.2. 10).
9 Norme de protectiea a muncii -Muncitorul sa fie echipat corespunzator. -Scule folosite la montarea si demontarea, -Sa nu fie decalibrate (uzate , -Sa fie confectionate STAS. -Interventia la mecanismul sistemului biela-manivela,se face in ateliere specializate de personal calificat. -La terminarea lucrarii se dispoziteaza sculele la locuri speciale.
