Motor W16: Blocul Motor si Chiulasele

The English version of this post can be found here.

In acest post despre motorul W16 voi arata cum am calculate unghiurile de faza ale axelor cu came si apoi voi detalia cuplarea componentelor din chiulase cu restul motorului.

 

O alta animatie care permite vizualizarea componentelor in miscare dintr-un cadru fix poate fi gasita aici.

Vezi explicatii detaliate in extended entry la sfarsitul postarii.

La rugamintea unui cititor voi atasa un fisier zip cu intregul motor si dar voi ascunde (hide) piesele care nu au fost prezentate inca. Descarca aici.

Va multumesc pentru ca ati citit despre aceasta constructie. Continuati sa cititi urmatoarele postari in care voi detalia crearea galeriei de admisie prin design top-down.

George Bucsan

Worcester Polytechnic Institute

Aerospace Engineering, 2014

Voi incepe prin a reaminti niste informatii despre arborele cotit din al 4-lea post al seriei. Unghiurile de faza ale arborelui cotit pentru urmatoarea metoda de numarare sunt: (numerele desemnate pistoanelor sunt ingrosate)

13-540             15-630             14-567             16-657

9-360               11-450             10-387             12-477

5-180              7-270              6-207              8-297

1-0                  3-90                2-27                4-117

Sa consideram primul piston care atunci cand este la timpul zero din ciclul sau are valva de amisie deschisa cu un unghi de faza de I si valve de evacuare cu un unghi de faza la cama de e. Toate celelalte pistoane vor avea came cu unghiuri de faza in functie de i si e.

Considerand ca pentru fiecare ciclu motor arborele cotit face doua rotatii complete iar axul cu came doar una putem deduce unghiurile pentru toate camele prin impartirea unghiurilor de mai sus prin 2 si adaugarea acestora valorilor unghiurilor i si e.

Pentru fiecare din coloanele din tabelul de mai sus sunt doua vilbrochenuri, de exemplu pentru primul rand (pistoanele 1, 5, 9 si 13) primul ax cu came activeaza valvele de evacuare si al doilea pe cele de admisie.

Dupa cum putem vedea in table, diferenta de unghi de faza dintre pistoanele la arborele cotit are aceleasi valori pe fiecare rand; aceasta ne duce cu gandul la aceleasi diferente la axele cu came, ceea ce inseamna ca trebuie sa construim doar unul din ele, celelalte trei fiind identice.

Singura ajustare ramasa se refera la faptul ca intre randurile 1-2 si 3-4 este un unghi de 15 grade(in bloc). Vom scadea aceasta valoare din unghiurile de faza de pe axul cu came. Asadar, impartind prin 2 unghiurile de mai sus si scazand 15 grade pentru randurile 2 si 4, obtinem valorile urmatoare 1: 0, 30, 90, 120, 180, 210, 270 si 300.

Am prezentat constructia axelor cu came in postul anterior si am aratat calcularea unghiurilor de faza mai sus asadar voi trece mai departe la cuplarea componentelor (mating).

Dupa cum am descoperit pe calea lunga si grea, daca formezi un ansamblu mare din chiulasa si piesele interioare si apoi plasezi acest ansamblu in ansamblul principal – cel cu motorul – Solidworks (cel putin versiunea 2010) “nu prea” va reusi sa efectueze calculele necesare miscarii. O metoda mai usoara este sa adaugam chiulasele goale in ansamblul principal si apoi una cate una valvele, axele cu came, tachetii si cuplajele.

Partea mai usoara este plasarea valvelor in interior – concentrice cu peretii gaurilor de care apartin, axele cu came – concentrice cu lagarele incorporate in chiulasa, tachetii – cuplati prin bolturi in gaurile desemnate. Camele sunt conectate la role prin “cam mate”.

Partea dificila este conectarea capetelor tachetilor cu capetele subtiri ale valvelor. Intr-un motor real, tachetii ar impinge valvele in jos si ar comprima arcurile, iar arcurile s-ar destined si ar impinge valvele inapoi in sus, ca si cum ar fi un “tangent mate” intre tacheti si valve. Dar in Solidworks nu poti face arcurile sa se comprime, sau cel putin nu intr-un ansamblu mare precum este acestsa. Solutia pe care am considerat-o cea mai practica a fost sa elimin arcurile si sa conectez tachetii direct la capetele valvelor. Dar cum ?

Dupa cum se poate vedea in imaginea de mai sus, cele doua linii rosii conecteaza centrul semicilindrului ce reprezinta marginea tachetului si centrul emisferei ce reprezinta capatul valvei. In stanga, cama nu impinge tachetul in jos – acesta este punctual de sus din cursa valvei, iar in dreapta cama impinge tachetul in jos prin atingerea rolei cu excentricitatea – acesta este punctul inferior al cursei. In ambele cazuri, cand privim din profil cele doua “jumatati de cerc” se ating.

Daca faci suma razelor emisferei si filetului din varful tachetului si daca setezi aceasta valoare ca si parametru pentru un “fixed distance mate” intre axele centrale, obtii un fals cuplaj de tip cama ce functioneaza perfect in acests context (cursa mica a valvei mentine geometria valida).

Acum ca am cuplat camele la tacheti si valve, trebuie sa cuplam axele cu came de arborele cotit sis a corelam totul. Pentru aceasta am facut sistem de curele actionat printr-un scripete pe arborele cotit, in partea posterioara a motorului. Am ajustat razele in asa fel incat axele cu came sa se invarta la jumatate din viteza arborelui cotit (raportul vitezelor este invers raportului circumferintelor). Am conectat cele doua axe cu came din partea stanga cu un scripete auxiliar printr-o curea, in acelasi mod am conectat si axele cu came de pe dreapta cu scripetele auxiliar, si apoi am legat scripetele auxiliary de arborele cotit prin inca o curea.

Alta problema care apare este cum sa faci cureaua vizibila. Cureaua este initial doar o schita. Ceea ce se poate face este un extrude prin ‘thin feature’ la intreaga latime a scripetelui si prin desemnarea unui material similar cu cauciucul. Aceasta curea nu se va misca, dar static va parea reala.

Ultima parte se refera la sincronizarea axelor cu came cu arborele cotit. Pentru aceasta am folosit calcule si ajustari fine, dar cea mai simpla metoda este observatia – modificam pana ajungem la rezultat. In prima faza suprimi curelele si sa muti arborele cotit in asa fel incat primul piston sa fie la punctul mort superior si muti primul ax cu came in pozitia adecvata (valve de evacuare inchisa total). Dupa aceasta de-suprima cureaua si muta arborele cotit in asa fel incat al 3lea piston sa fie la punctul mort superior si ajusteaza axul cu came. Suprima din nou cureaua si ai obtinut jumatate din ceea ce ti-ai propus. Repeta pentru partea dreapta a motorului.