پایان نامه ارشد بهینه سازی میل لنگ موتور تک سیلندر چهار زمانه با توجه به بارگذاری دینامیکی

بهینه سازی میل لنگ موتور تک سیلندر چهار زمانه با توجه به بارگذاری دینامیکی به منظور بهبود عمر خستگی و کاهش وزن میل لنگ

چکیده

اهداف اصلی انجام این تحقیق کاهش وزن و هزینه های تولید و نیز بهبود استحکام میل لنگ فولاد آهنگری است. برای کاهش این هزینه ها و انجام تحقیقی دقیق و کاربردی از تحلیل المان محدود، آنالیز بارگذاری دینامیکی، آنالیز المان محدود تنش و بهینه سازی استفاده کرده ایم.

شبیه سازی دینامیکی بر روی هر دو میل لنگ چدنی و فولاد آهنگری یک موتور تک سیلندر چهارزمانه انجام گرفت. جهت تعیین تغییرات تنش نقاط بحرانی از آنالیز المان محدود استفاده شد. همچنین آنالیز به صورت تحلیلی انجام شده و نتایج توسط شبیه سازی در نرم افزار آدامز مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشانگر اعمال بار گسترده به یاتاقان پین میل لنگ است. به منظور اعمال این بار به مدل المان محدود از نرم افزار آباکوس استفاده و شرایط مرزی با توجه به شرایط عملیاتی موتور تعیین شد. آنالیز در سرعت های مختلف موتور انجام گرفت.

آنالیز فوق در بهینه سازی میل لنگ فولاد آهنگری استفاده شد. محدودیت های مختلف در بحث بهینه سازی از جمله بهینه سازی هندسی، فولاد جایگزین، اصلاح فرآیند تولید، امکان سنجی فنی و برآورد هزینه های تولید مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از فولادهای میکروآلیاژی علاوه بر کاهش 18% وزن میل لنگ، افزایش استحکام خستگی و کاهش هزینه های تولید میل لنگ بدون تغییر هندسه شاتون و یا بلوک موتور مشاهده شد. کاهش وزن میل لنگ تا 26% با تغییرات جزئی یاتاقان اصلی و بلوک موتور میسر شد.

واژگان کلیدی: میل لنگ، بهینه سازی، عمر خستگی، باردینامیکی، آنالیز تنش، مدل المان محدود، بار دینامیکی، فولاد میکروآلیاژی، تنش پسماند فشاری

مقدمه
میل لنگ از اجزای پیچیده داخل موتور است که جابجایی لغزشی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند. از آنجا که میل لنگ تعداد سیکل های زیادی را در طول عمر خود تجربه می کند، عملکرد خستگی و استحکام این قطعه بسیار حائز اهمیت است. پس از انجام آنالیز و تعیین مقدار و محل اعمال بارهای بحرانی، تنش های بدست آمده با توجه به بارگذاری دینامیکی و اصل برهم نهی بر میل لنگ اعمال می گردد. در این فصل برای ایجاد پایه مستحکمی در انجام این تحقیق، ابتدا عملکرد میل لنگ در موتور های احتراق داخلی به طور خلاصه مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به بررسی مواد و فرآیند های تولید میل لنگ شامل فرآیندهای آهنگری و ریخته گری می پردازیم. در قسمت بعدی شرایط عملیاتی و شکست میل لنگ را بررسی می نماییم و در نهایت موضوع تحقیق پایان نامه، انگیزه، هدف و روند انجام تحقیق بطور خلاصه ارائه می شود

عملکرد میل لنگ در موتورهای احتراق داخلی
میل لنگ به همراه شاتون و پیستون تشکیل یک مکانیزم چهار لینکی را می دهند که حرکت لغزشی پیستون را به یک حرکت دورانی تبدیل می کند. ورودی دستگاه های متصل به میل لنگ دورانی است، اصولا ماموریت یک موتور احتراق داخلی تولید خروجی دورانی از حرکت جابجایی پیستون می باشد. علاوه بر این، جابجایی خطی پیستون بدلیل داشتن شوک ناشی از احتراق گاز داخل محفظه احتراق، ورودی مناسبی برای سیستم های خودرو نیست و امکان آسیب رسانی به آنها وجود دارد. دلیل اصلی استفاده از فلایویل بهمراه دمپر، تبدیل این شوک ناگهانی به خروجی دورانی مناسب جهت استفاده در دستگاه های دوار همانند ژنراتور، پمپ ها و کمپرسورها می باشد.

مقدمه

میل لنگ از اجزای پیچیده داخل موتور است که جابجایی لغزشی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند. از آنجا که میل لنگ تعداد سیکل های زیادی را در طول عمر خود تجربه می کند، عملکرد خستگی و استحکام این قطعه بسیار حائز اهمیت است. پس از انجام آنالیز و تعیین مقدار و محل اعمال بارهای بحرانی، تنش های بدست آمده با توجه به بارگذاری دینامیکی و اصل برهم نهی بر میل لنگ اعمال می گردد. در این فصل برای ایجاد پایه مستحکمی در انجام این تحقیق، ابتدا عملکرد میل لنگ در موتور های احتراق داخلی به طور خلاصه مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به بررسی مواد و فرآیند های تولید میل لنگ شامل فرآیندهای آهنگری و ریخته گری می پردازیم. در قسمت بعدی شرایط عملیاتی و شکست میل لنگ را بررسی می نماییم و در نهایت موضوع تحقیق پایان نامه، انگیزه، هدف و روند انجام تحقیق بطور خلاصه ارائه می شود.

فرمت فایل pdf

تعداد صفحات 168

فهرست مطالب

1- فصل 1: مبانی علمی طراحی میل لنگ و بیان موضوع تحقیق

1-1 مقدمه

1-2 مواد و فرآیندهای تولید میل لنگ

1-3 شرایط شکست میل لنگ

1-4 تعریف مسئله

1-5 انگیزه و هدف از انجام این تحقیق

1-6 تشریح روند تحقیق

2 فصل 2: بررسی ادبیات موضوع طراحی و بهینه سازی میل لنگ

2-1 اندازه گیری بارهای دینامیکی میل لنگ

2-2 مدل سازی المان محدود میل لنگ

2-3 بهینه سازی میل لنگ با تغییرات هندسی، مواد جایگزین و اصلاح فرآیند تولید

2-4 بهینه سازی هندسی

2-5 القای تنش پسماند توسط ساچمه زنی

2-6 القای تنش پسماند توسط نورد فیلیت

2-7 نیتریدی کردن نواحی فیلیت میل لنگ جهت بهبود حد خستگی

2-8 بهینه سازی مواد و هزینه های تولید

3 فصل 3: آنالیز و محاسبه بار دینامیکی میل لنگ

3-1 روش تحلیل برداری

3-2 برآورد صحت نتایج روش تحلیل

3-3 آنالیز دینامیکی میل لنگ واقعی

3-4 آنالیز المان محدود به همراه بارهای دینامیکی

4 فصل 4: آنالیز المان محدود تنش میان لنگ

4-1 مدل سازی المان محدود میل لنگ

4-2 نتایج آنالیز المان محدود و مباحث مربوط به آن

4-3 تعیین موقعیت های بحرانی میل لنگ

4-4 تعیین سرعت بحرانی موتور

4-5 تاثیر بار پیچشی بر تنش بحرانی

4-6 صحت نتایج آنالیز المان محدود در مقایسه با نتایج کرنش سنج ها

4-7 تعیین و محاسبه عمر خستگی

5 فصل 5: بهینه سازی هندسی، مواد و هزینه های تولید

5-1 تعریف مسئله بهینه سازی

5-2 تابع هدف بهینه سازی

5-3 محدودیت های بهینه سازی

5-4 متغیرهای طراحی میل لنگ

5-5 آنالیز مراحل بهینه سازی و بحث در مورد آن

5-6 مرحله I: عدم ایجاد تغییر در بلوک و ابعاد شاتون موتور

5-7 مرحله II: تغییرات محدود در شاتون، یاتاقان یا بلوک موتور

5-8 آنالیز هزینه تولید میل لنگ

6 فصل 6: خلاصه و نتیجه گیری

منابع