PROIECTAREA BLOCULUI MOTOR

Principii de proiectare a blocului motor

Din punct de vedere structural blocul motorului indeplineste rolul de schelet al motorului, el servind la fixarea si amplasarea diverselor mecanisme si subansamble.

In timpul functionarii blocul motorului preia fortele si momentele dezvoltate in diferitele mecanisme. De aceea principalele conditii pe care trebuie sa le indeplineasca sunt: rigiditate optima si stabilitate dimensionala.

La proiectarea blocului motor se va avea in vedere ca rigiditatea motorului poate fi obtinuta prin urmatoarele metode: nervurarea peretilor transversali in special in zona de sprijinire a arborelui cotit; marirea numarului de lagare al arborelui cotit; prin turnarea intr-o piesa monobloc a blocului cilindrilor cu carterul; prin utilizarea solutiei de carter tunel.

Formele constructive ale blocului motorului difera in functie de tipul motorului; numarul si dispunerea cilindrilor; tipul de racire; tipul camasilor de cilindri.

Blocul motor al motorului racit cu lichid

La motoarele racite cu lichid cilindrii sunt grupati in blocul cilindrilor care impreuna cu carterul se constituie intr-o singura piesa (fig.5.1.)

Constructiile cu blocul cilindrilor si carterul ca piese separate sunt utilizate numai la motoare de mare putere. Asamblarea in acest caz se realizeaza cu suruburi lungi, care asigura montajul chiulasei cu blocul si carterul.

Blocul motorului poate fi proiectat cu cilindri nedemontabili solutie la care cilindri si blocul se constituie intr-o piesa unica si cu cilindri demontabili, cand cilindri se constituie in piese separate care se monteaza in bloc.

Blocul motorului cu cilindri nedemontabili are costul de fabricatie si de montaj mai redus, in schimb este mai complicat constructiv. In plus solutia determina aparitia de tensiuni interne dupa turnare datorita duratelor si vitezelor inegale de racire a peretilor exteriori si interiori, de asemenea in timpul functionarii apar tensiuni termice mai mari datorita gradientului de temperatura axial si radial. Blocul cu cilindri nedemontabili se utilizeaza la motoarele de autoturisme si autovehicule usoare.

Blocul cu cilindri demontabili prezinta o serie de avantaje fata de blocul cu cilindri nedemontabili dintre care cele mai importante sunt: confectionarea cilindrilor din materiale cu calitati superioare de rezistenta la uzura; simplificarea turnarii blocului motor; mentinerea blocului in cazul uzurii sau defectarii unuia din cilindri; reducerea tensiunilor termice ale cilindrului; se usureaza remedierea in cazul uzurii cilindrilor in exploatare.

In cazul motoarelor cu alezaje mai mari de 120 mm se utilizeaza solutia cu cilindri demontabili.

Cilindrii demontabili pot fi de doua tipuri: umed sau uscat.

Cilindrul demontabil umed este udat la exterior de catre lichidul de racire. Solutia asigura o buna transmitere a caldurii la lichidul de racire.

Cilindrul uscat se monteaza cu strangere sau liber in cilindrul prelucrat in bloc, astfel ca el nu este udat de lichidul de racire.

Utilizarea cilindrului demontabil de tip uscat mareste rigiditatea blocului motor ceea ce determina marirea durabilitatii mecanismului motor.

La proiectarea elementelor blocului motor cu cilindri demontabili se are in vedere lungimea cilindrului. Aceasta este determinata tinand seama de conditia ca mantaua pistonului sa nu depaseasca marginea inferioara a cilindrului cu mai mult de 10-15 mm.

In cazul utilizarii camasii demontabile in blocul motor se prevede un locas inelar de sprijin a camatii. La proiectare se are in vedere ca presiunea dezvoltata pe suprafata de sprijin nu trebuie sa depaseasca 380-420 N/mm² la blocul din fonta si 140-180 N/mm² la blocul din aliaje de aluminiu.

Analiza structurii blocului motor arata ca acesta este constituit dintr-o placa superioara (fig.5.2.) pe care se aseaza chiulasa, o placa intermediara in care se fixeaza partea inferioara a cilindrilor si care inchide camasa de lichid de racire. Aceste placi sunt legate intre ele prin peretii transversali interiori si peretii exteriori longitudinali, uniti cu peretii carterului si corpul lagarelor paliere ale arborelui cotit.

Pentru a asigura rigiditatea necesara peretii blocului motor se nervureaza atat la interior cat si la exterior (fig.5.3.) astfel incat aceasta se constituie sub forma de corp zabrelat.

Proiectarea blocului motor incepe de la sectiunea primului cilindru si se dezvolta in directie longitudinala avand in vedere datele constructive obtinute in urma calcului termic si dinamic.

Forma carterului se stabileste pornind de la traiectoria descrisa de punctele exterioare ale bielei in miscarea sa (fig.5.4.).

Grosimea peretilor se adopta cat mai subtiri posibil deoarece nervurile preiau tensiunile din timpul functionarii. Se recomanda pentru blocurile din fonta grosimi de perete de 4.5 [mm] si 6.8 [mm] pentru blocurile din aliaje de aluminiu.

Nervurile prevazute pentru marirea rigiditatii blocului vor avea grosimi cu 1.2 [mm] mai mari decat grosimea peretilor exteriori, ele se racordeaza la pereti si suprafetele de sprijin cu raze mari.

Pentru racirea cilindrilor se prevede o camera de racire cu grosime a stratului de lichid de 4.8 [mm]. Sectiunea camerei de racire trebuie sa ia in consideratie faptul ca viteza lichidului de racire nu trebuie sa depaseasca 3,5 [m/s], pentru a nu antrena depunerile care pot obtura canalele de circulatie. Forma camerelor de racire se adopta in asa fel incat sa se elimine posib ilitatea de formare a pungilor de vapori.

In functie de cerintele privind exploatarea motorului, camerele de racire pot fi prevazute cu ferestre de vizitare inchise cu capace.

La proiectarea placii superioare se va avea in vedere ca bosajele pentru suruburile chiulasei si suruburile pentru capacele lagarelor paliere sa fie cat posibil colineare. Diametrul suruburilor pentru chiulasa se situeaza intre 8.12 [mm], iar adancimea de insurubare este (1,5.2,0)d_surub pentru bloc din fonta si de (2,5.3,0)d_surub pentru bloc din aliaj de aluminiu.

Lagarele arborelui cotit se prevad in peretii transversali ai blocului si sunt constituite din doua parti, separate printr-un plan care trece prin axa fusului palier si este normal la peretii transversali.

Lagarele arborelui cotit pot fi proiectate in doua variante: lagare suspendate si lagare rezemate. Motoarele de autovehicule sunt prevazute cu lagare din prima categorie.

Capacele lagarelor se centreaza lateral in bloc (fig.5.5.), inaltimea de centrare fiind de 10.15 [mm], pentru blocul din fonta si 15.30 [mm] pentru blocul din aliaj de aluminiu. Pentru centrarea capacelor se pot adopta si solutii cu stifturi sau bucse prizoniere.

In cazul in care se adopta solutia constructiva cu arborele cu came amplasat in bloc, lagarele acestuia sunt prevazute in peretii transversali ai carterului, au forma unor orificii si sunt intr-un numar mai redus fata de numarul lagarelor paliere.

In blocul motor se amplaseaza o parte din canalizatia instalatiei de ungere. Rampa de ulei strabate intregul bloc si este amplasata in general la baza cilindrilor avand diametrul de 1214 mm; din ea pornesc ramificatii catre lagarele paliere, lagarele arborelui cu came si axul culbutorilor, diametrul acestora fiind de 6.8 [mm].

Pe suprafetele laterale ale blocului motor se prevad bosaje pentru asamblarea organelor anexe.

Pentru a raspunde cerintelor impuse privind siguranta in functionare, blocul motor se toarna din fonta cenusie. In cazul proiectarii solutiei cu cilindri demontabili pentru bloc se prevede o fonta ieftina mrcile F_c200, F_c240, F_c280; iar cand cilindrii sunt nedemontabili se utilizeaza fonta de calitate sau fonta usor aliata.

Aliajele de aluminiu sunt utilizate pentru motoare pentru autovehicule usoare.

Blocul motoarelor racite cu aer

La motoarele racite cu aer cilindri sunt individuali si sunt montati in carterul motorului.

Asamblarea cilindrilor cu carterul motorului se poate realiza dupa doua scheme: a) cu suruburi lungi care trec prin chiulasa pana la suprafata de asezare a carterului (fig.5.6.); b) cu suruburi scurte printr-o flansa de reazem (fig.5.7.).

Uleiul necesar ungerii organelor montate pe chiulasa se trimite prin conducte exterioare sau prin tijele impingatoare.

Calculul blocului motor

In cazul in care se considera blocul motor sub forma de corp zabrelat, se calculeaza zabrelele dupa modelele staticii grafice, constructia fiind formata din elemente ce sunt imaginate ca fiind solicitate numai la tractiune sau compresiune.

Rigiditatea blocului se calculeaza conventional cu urmatoarea relatie:

R = F/f.10^-3 [N/mm] (5.1)

unde: F - forta de incarcare pe mijloc;

f - sageata maxima la sprijinirea pe lagarele externe [mm].

Rezultatul nu trebuie sa fie mai mic de 20.25 [N/mm]

Daca R este mai mare de 100.150 [N/mm] pericolul aparitiei vibratiilor la incovoiere este mai redus.

Datorita faptului ca blocul motorului este o piesa complicata si supusa la solicitari statice si dinamice este dificil de realizat un calcul exact prin metode traditionale.

Dezvoltarea programelor de calculator cu element finit permite analiza solicitarilor si optimizarea solutiei constructive a blocului motor inca din faza de proiectare.