Motor W16: Vilbrochenul
The English posting of this blog is located here
In a 4-a parte a seriei despre motorul W16 voi prezenta vilbrochenul si voi explica detaliat constructia lui.
Explicatiile detaliate despre constructia blocului pot fi gasite in “extended entry” la sfarsitul postarii.
Va multumesc pentru ca ati citit despre aceasta constructie. Continuati sa cititi urmatoarele postari ce vor include ansamblul Block-Crankshaft-Pistons (bloc-arbore cotit-pistoane) si animarea lui.
George Bucsan
Worcester Polytechnic Institute
Aerospace Engineering, 2014
Constructia acestei piese este modulara. Voi construi trei piese si le voi adauga repetat intr-un ansamblu.
Prima parte, „Main axle” – axul principal, este un cilindru cu diametrul 1.93 inch si o grosime de 0.87 inch. De asemenea are o axa centrala (Reference Geometry) pentru a facilita procesul de „mating” mai tarziu.
A doua parte este compusa dintr-o contragreutate si un fus maneton pe care se conecteaza bielele. Voi numi aceasta piesa „Offset Axle”. Partea cilindrica a acestei piese are parametrii: diametru = 0.144 inch, grosime = 0.5 inch. Contragreutatea este creata prin Extrude Boss de grosime 0.39 inch. Schita pentru contragreutate are doua trasaturi de baza: un semicerc de raza R=2.54 inch care este concentrica cu proiectia axului principal al motorului, si un semicerc concentric cu fusul maneton, dar cu o raza putin mai mare (1.8 inch). Restul schitei este compus din arcuri tangente pentru a inchide profilul.
Prin centrul semicercului mare am creat o axa centrala (Reference Geometry) pe care o voi folosi la „mate” mai tarziu in ansamblu. Pe suprafata fusului maneton am adaugat o schita si am desenat o linie verticala pentru a ma ajuta la vizualizarea unghiurilor de faza in ansamblu. Pentru ca voi folosi aceasta parte si rotita la 180° in ansamblu, si pentru ca aceasta rotatie se aplica si planului drept al piesei (cel pe care l-am folosit la „mate”-uri), am copiat fisierul, l-am salvat cu un alt nume si l-am modificat putin. Am creat alt plan, la un unghi de 180° fata de planul drept si l-am numit Flip Right. Piesa modificata am numit-o Offset Axle Flip.
In acest moment constructia este aproape terminata, toate componentele sunt create. Singurul lucru ramas este problema calcularii unghiurilor de faza intre piesele Offset Axle (/Flip). Fisierul de referinta pe care l-am folosit de-a lungul intregii constructii se refera doar la motoare W4/8/12, dar explica algoritmul pentru calcularea unghiurilor de faza destul cat sa poata fi inteles de cineva fara experienta cu motoare.
Calcularea unghiurilor:
Daca presupunem ca toate pistoanele sunt dispuse liniar, piesele Offset Axle ar fi dispuse la unghiuri de 360°*2/16=45°, secvential, una fata de cealalta. Deoarece motorul este in patru timpi, fiecare ciclu complet reprezinta doua revolutii complete ale arborelui cotit (2*360°). Deoarece pistoanele trebuie sa fie echilibrate, acest unghi este impartit si distribuit unghiurilor de faza, cu alte cuvinte, diferenta de faza dintre doua pistoane consecutive este aceasi: 720°/16=45°.
Din pacate, configuratia acestui motor nu este 16 in linie. In fisierul de referinta, inginerii de la VW explica algoritmul pentru determinarea unghiurilor de ajustare „crankpin offset”. Aplicam acest algoritm: 72° (unghiul V dintre partea stanga si cea dreapta a motorului) – 45° (unghiul de faza determinat mai sus) = 27°. Acest unghi de ajustare reprezinta o aditie unghiului de faza calculat, ce trebuie aplicata partilor Offset Axle corespunzatoare pistoanelor din randurile din dreapta (considerand ca incepem sa numaram cilindrii din partea stanga).
Ordinea de aprindere a acestui motor este bazata pe alt mod de numarare a pistoanelor (cea noua este in stanga, cea initiala, ordinea de pe arborele cotit este in partea dreapta):
7 8 15 16 13 15 14 16
5 6 13 14 9 11 10 12
3 4 11 12 5 7 6 8
1 2 9 10 1 3 2 4
Ordinea de aprindere folosind noua metoda de numarare:
1, 16, 7, 10, 3, 14, 5, 12, 2, 15, 8, 9, 4, 13, 6, 11
Aceasta poate fi transpusa in metoda initiala de numarare:
1, 16, 13, 4, 5, 12, 9, 8, 3, 14, 15, 2, 7, 10, 11, 6
Folosind ordinea de mai sus, acum stim ce unghi de faza sa adaugam fiecarei piese. Voi considera ca prima piesa Offset Axle are un unghi de faza 0°. Apoi, pistonul cu numarul X are un unghi de faza corespondent (X-1)*45°. Acum trebuie sa tinem cont de unghiul de ajustare de 27°: unghiurile corespunzatoare pistoanelor din dreapta sunt cu 27° mai mari decat unghiurile corespunzatoare pistoanelor din stanga (1-2,3-4,5-6,7-8, s.a.).
Setul de unghiuri care se repeta pentru partea stanga este: 1-0, 3-90, 5-180, 7-270 (9-360). De aceea, setul de unghiuri care se repeta pentru partea dreapta este: 2-27, 4-117, 6-207, 8-297. In concluzie, unghiurile pentru prima jumatate a arborelui cotit sunt:
1-0, 2-27, 3-90, 4-117, 5-180, 6-207, 7-270, 8-297
Cea de-a doua parte este identica din cauza periodicitatii. De aceea am construit vilbrochenul
Pentru prima jumatate a ansamblului, procedura implica doar introducerea pieselor in fisier. Am introdus de patru ori fiecare fisier: Main Axle, Offset Axle si Offset Axle Flip. Ordinea de asamblare de-a lungul axului central este periodica: Main Axle, Offset Axle si Offset Axle Flip. Dupa aceea, am lipit (mate) planurile drepte ale pieselor la unghiurile specificate mai sus (in Bold). In final, am constrans (mate) suprafetele frontale si dorsale ale oricaror doua piese adiacente. In plus, pentru partea Offset Axle Flip am creat si folosit planul „Flip Right”. As fi putut folosi planul drept initial, dar din cauza rotirii lui la 180° ar fi trebuit sa adaug aceasta valoare unghiurilor calculate mai sus, ceea ce ar fi facut acest proces si mai neclar.
Pentru ansamblul final al vilbrochenului, am introdus de doua ori subansamblul „Half Crankshaft” si le-am lipit (suprafata din spate a primului subansmablu si suprafata din fata a celui de-al doilea). DE asemenea am facut planurile lor drepte, frontale si superioare paralele doua cate doua (Parallel Mate).
Mai tarziu in aceasta constructie am avut nevoie de un vilbrochen mai lung, de aceea am creat doua copii ale piesei Main Axle si le-am modificat numele si lungimile: Main axle medium (L=1.63 inch) si Main axle long (L=2.5 inch). Aceste lungimi au fost ajustate dupa ce am plasat vilbrochenul in bloc si am masurat distantele dintre suprafete. Am adaugat aceste doua piese capetelor ansamblului de mai sus, le-am lipit axele centrale de axa centrala a vilbrochenului, am lipit suprafetele adiacente si am blocat piesele (Lock Mate).