Piston tasarımı ve rektifiye

PİSTONUN YAPISI

PİSTONDA TANIMLANAN KISALTMALARIN AÇIKLAMALARI:

h _p          =Piston yüksekliği.

h _g          =Pistonun üstü ile piston pimi merkezi arasındaki mesafe.

h _k          =Piston kafa yüksekliği.

h _e          =Piston etek yüksekliği.

e            =Piston kafası et kalınlığı.

e₁          =Sekman yuvası et kalınlığı.

e₂          =Piston eteği et kalınlığı.

h_m          =Piston tepesi ile 1. kompresyon sekman yuvası kalınlığı.

h_s1         =1. kompresyon sekman yuvası.

h _s2        =2. kompresyon sekman yuvası.

h _set       =Sekman yuvaları arasındaki set yüksekliği.

D         =Piston etek çapı.

s_d           =Sekman derinliği (sekman tasarımından alınmıştır).

PİSTON HESAPLAMALARI:

h _m= Şekil 1�den belirlenir. Piston çapımıza uygun olan aralık 4mm ile 7 mm arasındadır. Yapılacak olan hesaplamalarda ortalama değer olan 5,5 mm kabul edilmiştir.

Şekil 1:Benzinli motorun pistonlarında üst segmanın yeri.

Yağ boşluğu, piston eteğinden 0,005 mm olarak verilmiştir.

Pistonda 0,6 mm koniklik, 0,225 mm ovallik verilmiştir.

Piston tepesinin alanına hesaplarsak;

A = π * D² / 4

A = π * 7,7²/ 4

A = 46,5663 cm²

Pistonun, krank miline vurmaması için etek altı kesilerek biçimlendirilmiştir. Ap, pistonun yanal etek alanıdır. Bu alanın oranına göre pistonlar normal ve sliper olarak adlandırılır. Ap�nin katsayıları bu piston tiplerine göre verilmiştir.

Ap => A�nın 2 ila  3 katı olursa piston normal piston,

Ap => A�nın 0,7 ila 0,9  katı olursa piston sliper piston olarak adlandırılır.

Tasarımını yapacağımız piston bir sliper pistondur.

Ap = 0,93 * A

Ap = 0,93 * 46,5663

Ap = 43,3067 cm²

h_e = Ap / π * r

h_e = 43,3067 / π * 3,85

h_e = 3,5805 mm

Pistonda kullanılacak olan sekmanların seçimi yapılacaktır. Bu seçim, Şekil 2�den yağ sekmanı da dahil olmak üzere yapılır.

Şekil 2:Sekman sayısı (Yağ sekmanı da dahil)

Şekil 2�den piston çapımıza uygun olarak, 3 adet sekman seçilmiştir. Seçilen bu sekman sayısına yağ sekmanı da dahildir.

Bundan sonra alınacak olan �D� değeri, piston etek çapı olacaktır.

1.Kompresyon Sekmanı (h_S1):

h_S1 = 0,018 * D

h_S1 = 0,018 * 7,76

h_S1 = 0,13968 cm    =>    h_S1 = 1,3968 mm

2.Kompresyon Sekmanı (h_S2):

h_S1 = 0,025 * D

h_S1 = 0,025 * 7,76

h_S1 = 0,194 cm      =>    h_S1 = 1,94 mm

Yağ Sekmanı (Yağ):

Yağ =  0,032 * D

Yağ = 0,032 * 7,76

Yağ = 0,25 cm      =>   Yağ = 2,5 mm

h_S = h_S1 +  h_S2

h_S = 0,13968 + 0,194

h_S = 0,33368 cm    =>   h_S = 3,3368 mm

Sekman yuvaları arasında bulunan setlerin yüksekliğini ve toplam set yüksekliğini bulacak olursak;

h_SET = 0,03 * D

h_SET = 0,03 * 7,76

h_SET = 0,2328 cm    =>   h_SET = 2,328 mm

h_{SET TOPLAM}  = 2 * h_SET

h_{SET TOPLAM} = 2 * 0,2328

h_{SET TOPLAM} = 0,4656 cm    =>   h_{SET TOPLAM}  = 4,656 mm

Pistonun kafa yüksekliğini (h_K ) bulalım;

h_K =  h_{SET TOPLAM}   +  h_S  +  h_m  +  Yağ

h_K =  0,4656  + 0,33368 + 0,55 + 0,25

h_K =  1,59928 cm   =>   h_K = 15,9928 mm

Pistonun toplam yüksekliğini (h_P)bulalım;

h_P =  h_e  +  h_k

h_P =  3,5805 + 1,59928

h_P =  5,17978 cm   =>   hp = 51,7978 mm

Pistonun üstü ile piston pimi merkezi arasındaki yüksekliğini (h_g) bulalım;

h_g =  0,55 * h_p

hg =  0,55 * 5,17978

hg =  2,84888 cm   =>   hg = 28,4888 mm

Pistonun temel ölçülerini tamamladıktan sonra, pistonun et kalınlıkları hesaplanacaktır. Pistonda, esas alınan üç adet et kalınlığı (e, e₁, e₂) vardır. Bunların öngörülen değerlerden düşük olması durumunda, pistonun kafası kopacaktır. Bu et kalınlıkları, pistonun dayanımı için çok önemli olduğundan titizlikle incelenmelidir.

e =Piston kafası et kalınlığı

e₁ = Sekman yuvası et kalınlığı

e₂ =Piston eteği et kalınlığı

İşlemde alınan Ö P_max değeri yanma odası max. Basıncıdır ve daha önce bulunmuştur.

s_em , Alüminyum alaşımlı pistonlarda 500 ~ 700 kg/cm² arasında olmaktadır. Hesaplarımızda  s_em �yı 600 kg/cm² alınacaktır.

e = 0,43 * D * Ö P_max  / s_em

e = 0,43 * 7,76 * [ Ö 36 / 600 ]

e = 0,81735 cm     =>   e = 8,1735 mm

e₂ �de  m = 0,25 ~ 0,35 arasındadır.

e₂ = m * e

e₂ = 0,3 * 0,81735

e₂ = 0,2452 cm    =>   e₂ = 2,452 mm

e₁ = [e + e2] / 2

e₁ = [0,81735 + 0,2452] / 2

e₁=0,531275 cm   =>  e₁=5,31275 mm

PİSTON MALZEMESİ

Piston malzemesi olarak çeşitli oranlarda karıştırılmış malzemelerin seçilmesi mümkündür. Malzeme seçiminde göz önünde bulundurulması gereken, yanma sonunda meydana gelen yüksek basınca (P_max) dayanabilmesidir.

Tasarımını yaptığımız piston malzemesi için Nural alaşım malzemesi seçilmiştir. Bu malzemenin değerleri ve alaşım oranı aşağıda verilmiştir.

NURAL ALAŞIMI

Si        =%12,6

Özgül Ağırlığı 2,72 gr/cm³

Ni        =%  1,96                    b = 20,4*10^-6

Cu       =%  0,88

Kz = 18 ~ 26 kg/mm²

Mg      =%  0,60

Brinell sertliği = 100°C  102 kg/mm²

Fe       =%  0,50

Al        =%83,46

Kz = 18 ~ 26 kg/mm²

Kz = 1800 ~ 2600 kg/cm²

åP = [ p * D² * P_max ] / 4

åP = [ p *  7,7² * 36 ] / 4

åP = 1676,3853 kg/cm²

Pistonumuzun başına etki eden åP değerimiz, kullanmış olduğumuz malzemenin sınırları içersindedir. Malzeme seçimimiz doğru yapılmıştır.

ALTERNATİF PİSTON MALZEMELERİ

KS (Karl Schmidt) 245 ALAŞIMI

Si        =% 14                        Özgül Ağırlığı 2,75 gr/cm³

Ni        =% 1,5                                  b = 21*10^-6

Cu       =% 4,5                                 Kz = 20 kg/mm²

Mg      =% 0,7                                  Brinell sertliği = 200°C  98 kg/mm²

Fe       =% 1,5

Al        =% 77

Mn       =%  1

AlSi ALAŞIMI

Si        =%18 ~ 22

Özgül Ağırlığı 2,7 gr/cm³

Fe       =% 0,5 ~ 1                 b = 18 ~ 19*10^-6

Cu       =% 2

Kz = 12 ~ 14 kg/mm²

Al        =%77

Brinell sertliği = 100°C  75 kg/mm²

Alpax  ALAŞIMI

Si        =%13

Özgül Ağırlığı 2,7 gr/cm³

Al        =% 87                        b = 19*10^-6   1/Cº

Kz = 18 kg/mm²

Brinell sertliği = 100°C  102 kg/mm²