Constructia si calculul capului de cruce

Constructia si calculul capului de cruce

1. Rol functional

Capul de cruce este un organ specific motoarelor navale lente, facand conexiunea intre tija pistonului si piciorul furcat al bielei.

Este alcatuit din bolt (fus) si patina; aceasta se deplaseaza pe o glisiera care face parte din structura de rezistenta a motorului.

2. Materiale, tehnologie de fabricatie

Se executa in mod uzual din otel carbon de calitate sau otel aliat.

Fig. 5

Se obtine prin forjare si prelucrarea ulterioara a suprafetelor prin aschiere.

3. Solutii constructive

Una din solutiile constructive utilizate pentru motoarele navale, este prezentata in figura 5: Elementele componente sunt: 1-boltul capului de cruce; 2-piciorul furcat al bielei; 3-surub de prindere al capacului piciorului bielei si corpul piciorului bielei; 4-tija piston; 5-opritor al deplasarii axiale a patinei; 6-patina; 7-surub de prindere intre elementele 6 si 8; 8-glisiera; 9-tirant; 10-structura de rezistenta a motorului; 11-capac pentru oprirea deplasarii axiale a patinei, opuse celei stopate de 5; 12-surub de fixare al capacului 11; 13,14-laine de ghidare a patinei pe directie radiala si axiala; 15-mecanism balansier de ungere; S₁-suprafata de contact dintre piciorul furcat al bielei si boltul capului de cruce; S₂-suprafata de contact dintre patina si bolt; S₃, S₄-suprafata de contact dintre patina si glisiera.

Solutia constructiva care a fost aleasa in figura de mai jos este cu patina bilaterala. In practica poate exista cap de cruce cu patina monolaterala, sau sferica.

4. Calcului capului de cruce

4.1. Schema de calcul, solicitari

incovoiere a boltului datorita fortelor de presiune a gazelor;

presiune de contact intre boltul capului de cruce si piciorul bielei;

strivirea patinei pe glisiera pe care se deplaseaza datorita reactiunii N.

4.2.Verificarea boltului capului de cruce la incovoiere

In figura 3, lungimea suprafetei de contact dintre piciorul furcat al bielei si boltul capului de cruce este notata cu .

Forta care solicita boltul la incovoiere se calculeaza cu relatia:

. (25)

Tensiunea de incovoiere este:

(26)

unde M_I-momentul incovoietor:

(27)

si W_y-modulul de rezistenta calculat dupa axa y (axa tijei pistonului):

, (28)

-momentul de inertie al sectiuni A-A fata de axa de simetrie; -inaltimea boltului; -diametrul exterior al boltului.

(29)

de unde tensiunea maxima de incovoiere este:

, (30)

cu rezistenta admisibila .

4.3. Verificarea boltului capului de cruce la presiunea de contact in piciorul bielei

Presiunea de contact maxima este:

, (31)

cu presiunea de contact admisibila in piciorul bielei: .

4.4. Verificarea patinei la strivire pe glisiera

in cazul patinei bilaterale, contactul dintre patina si glisiera se face pe cele doua suprafete de lungime (fig. 6,a):

, (32)

unde: h_p-lungimea patinei; b_p-latimea patinei;

in cazul patinei monolaterale (fig.6,b) avem:

; (33)

in relatia de mai sus se calculeaza in doua moduri , deoarece forta normala N ce aplica patina pe glisiera isi schimba semnul pe durata unui ciclu.

, (34)

cu rezistenta admisibila la strivire: ; pentru calcule uzuale, se impune raportul .