CAE, Dizel Motor Krank Millerinde Yorgun Ömrünü İyileştirir

Bir kamyonun engebeli bir dağ arazisinde hareket ettiğini ve motorunun güçlü bir gürültüyle hareket ettiğini hayal edin.Bu görünüşte basit senaryoun arkasında, hayal edilemez bir strese dayanan kritik bir bileşen yatıyor.Motorun temel unsurlarından biri olarak, çemberin güvenilirliği, makinenin genel performansını ve uzun ömrünü doğrudan etkiler.Fakat mühendisler aşırı koşullar altında istikrarlı çalışmayı nasıl sağlayabilir ve aynı zamanda felaket yorgunluk arızalarını önleyebilirler??

İçten yanmalı motorlarda, krank şaftları, pistonun dönüşüm hareketini araç ve ekipmanları tahrik eden dönüş kuvvetine dönüştürmenin hayati işlevini yerine getirir.Silindir başlarıyla birlikte çalışmak, bağlantı çubukları, kam çubukları ve motor blokları, kran çubukları, hizmet ömrü boyunca karmaşık, tekrarlayan dinamik yüklere dayanır.

Bu yükler, silindir yanma basıncı ve eşit olmayan kütle dağılımından inersiyel kuvvetler tarafından üretilen kuvvetleri içerir.Krankpin fileleri ve yağ delikleri gibi yapısal özellikler, potansiyel yorgunluk başarısızlığı için stres konsantrasyon bölgeleri oluştururKırılganlık kırıkları, kanatlı çubuklarda en yaygın arıza modu olarak, ciddi motor hasarına ve potansiyel olarak tehlikeli kazalara neden olabilir, bu nedenle güvenilirlik doğrulamaları gereklidir.

Modern tasarım zorlukları, daha yüksek yararlı yük kapasitesi, daha hafif ağırlık, daha iyi verimlilik ve daha kısa yük döngüleri talepleri de dahil olmak üzere, krank arı mühendisliği üzerindeki baskıyı yoğunlaştırdı.Deneyimlere ve fiziksel testlere dayanan geleneksel tasarım yöntemleri hem zaman alıcı hem de pahalıdırBilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) analizi artık erken tasarım aşamalarında performans tahminini ve optimizasyonunu sağlayarak, güvenilirliği artırırken geliştirme zaman çizelgesini önemli ölçüde azaltıyor.

Bu araştırma, kavramsal tasarımdan nihai doğrulanmaya kadar uzanan dört silindirli dizel motor çemberleri için kapsamlı bir CAE tabanlı geliştirme yaklaşımını sunmaktadır.Metodoloji bu ana analitik aşamaları içerir:

• Serbest titreşim analizi:Modal parametreleri ayarlamak ve titreşimleri güçlendirebilecek ve yorgunluğu hızlandırabilecek rezonans koşullarını önlemek için doğal frekansları ve mod şekilleri belirler.
• Eğim/Torsional Sertlik Analizi:Yetersiz sertlik motor performansını ve ömrünü etkileyebilir.
• Stres konsantrasyon faktörü (SCF) hesaplanması:Yorgunluk hatalarının tipik olarak başladığı kritik file bölgelerinde yerel stres zirvelerini belirler.
• Geçici Dinamik Analizi:Stres dağılım kalıplarını haritalamak için çalışma koşullarında tam bir krank tren sistemi davranışını (kırılgan tekerleği ve katran da dahil olmak üzere) simüle eder.
• Yorgunluk Süresi Değerlendirmesi:Özel yazılımlar (örneğin, FEMFAT) aracılığıyla hizmet ömrünü tahmin etmek için geçici analizden gelen stres sonuçlarını kullanır ve tasarım ve bakım stratejilerini bilgilendirir.

3.1 Yük uygulanması ve sınır koşulları

Kesin bir yük simülasyonu, doğru CAE analizinin temelini oluşturur. Araştırmacılar ateşleme sırasına göre silindir özel kuvvetler uyguluyor.Tüm yanma olaylarını kapsayacak şekilde iki tam çember rotasyonunun modellenmesiBasınç-krank açısı (P-θ) diyagramlarından türetilen dinamik yükler, ilgili konumlarda açısal/zaman bağlı fonksiyonlar olarak uygulanır.Detaylı çözünürlük için dönme döngüsü 360 artışa ayrılır.

Sınır koşulları, gerçek montaj kısıtlamalarını kopyalar. Ana rulman günlükleri, motor bloğu bağlantılarını simüle etmek için sabit veya rulman tipi destekler alır.Ek düşünceler arasında yağlama yağı filmi etkileri vardır., titreşim özelliklerini etkileyerek sürtünmeyi azaltır.

3.2 Serbest titreşim analizi

Bu faz, doğal titreşim frekanslarını ve dış uyarı olmadan karşılık gelen mod şekillerini tanımlar.Analizciler hareket denklemlerini çözmek için kranı hesaplama elemanlarına ayırırlar.Sonuçlar, doğal frekansları operasyonel uyarılma aralığından uzaklaştırmak ve rezonanstan kaçınmak için yapısal ayarlamaları değiştirir.

3.3 Bükme ve bükme sertliği değerlendirmesi

Deformasyon direncinin kritik göstergeleri olarak, bükme ve torsiyon sertliği değerleri, moment veya tork yüklerini uygulayan sonlu eleman simülasyonları ile hesaplanır.Yetersiz sertlikten kaynaklanan aşırı deformasyon silindir mühürlenmesini tehlikeye atabilir (bükme) veya güç çıkışını azaltabilir (torsiyon)Bulgular, sertliği artırmak için boyut veya malzeme optimizasyonlarını bilgilendirir.

3.4 Stres konsantrasyon faktörünün belirlenmesi

Filye geçişleri ve yağ delikleri gibi geometrik kesintiler, yorgunluk başarısızlığının ana nedenlerinden biri olan yerel stres yoğunlaşmasını yaratır.SCF değerleri (peak ve nominal gerginlik oranı), ince bir sonlu eleman ağlama ve gerginlik alanı hesaplamaları ile elde edilir.Sonuçlar, gerginlik konsantrasyonlarını hafifletmek için genişletilmiş filet yarıçapları veya optimize edilmiş geçiş profilleri gibi geometrik iyileştirmeleri yönlendirir.

3.5 Geçici Dinamik Simülasyon

Bu gelişmiş analiz, inersiyel, amortizasyon ve doğrusal olmayan etkileri içeren zamana bağlı sistem davranışını yakalar.ve katranlarGerçek dünya senaryolarını simüle ederek, analiz yorgunluk değerlendirmesi için yer değiştirme, hız, ivme ve stres geçmişleri üretir.

3.6 Yorgunluk Yaşam Tahmini

Geçerli stres geçmişlerini giriş olarak kullanarak, yorgunluk analizi yazılımı, döngüsel yüklemeden oluşan birikimsel hasarı hesaplamak için S-N veya ε-N eğri modellerini uygular.Zarar birikimi kritik eşiğe ulaştığındaBu öngörücü yetenek tasarım yaşam beklentilerini ve bakım programlarını bilgilendirir.

CAE sonuçları, boyut özelliklerinin, malzeme seçiminin ve ısı işleminin veri odaklı belirlenmesini sağlar.Geliştirilmiş file tasarımlarıMühendisler ayrıca sistem uyumluluğunu sağlamak için kran çubuğunun parametrelerini bitişik bileşenlerle koordinasyon yapmalıdırlar.

Bu CAE tabanlı metodoloji, ilk konseptten nihai onaylamaya kadar eksiksiz bir karikatür asansörünün performans değerlendirmesini sağlar.Stres konsantrasyonu haritası, geçici dinamik ve yorgunluk öngörüsü, güvenilirliği arttırırken geliştirme süresini ve maliyetini azaltan hedefli optimizasyonları sağlar.Krankı tasarımındaki genişleyen rolü, motor performansında ve dayanıklılığında yenilikçi olmaya devam edecek.