عنوان: پایان نامه طراحی شاتون، مهندسي مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 62

چکیده:
در پایان نامه حاضر ، مراحل تحلیل دینامیکی شاتون به روش اجزای محدود ، شرح داده شده است . این روش علاوه بر مسائل سازه ای در مسائل حرارتی ، سیالی و الکترو مغناطیسی نیز کاربرد دارد و نرم افزارهای متعددی برای اجرای این روش ابداع شده است . نرم افزار انسیس در میان نرم افزارهای مشابه چون الگور ، نیسا ، نسترن ولوساس دارای برتریهای نسبی است که عبارتند از : امکان انجام تحلیل در حالت دینامیک ، برخور داری از گستره وسیع المانهای مختلف و سهولت تهیه در بازار با قیمت مناسب . تحلیل دینامیکی شاتون بوسیله نرم افزار انسیس و در دو سرعت 1000 دور بر دقیق به عنوان دور آرام و 5500 دور بر دقیقه ، به عنوان حداکثر دور مجاز موتور ، در زوایای خاص لنگ انجام گرفته است . اولین تحلیل در نقطه مرگ بالا ، پایان مرحله تراکم و آغاز مرحله انبساط و تحلیل های بعدی هم با فواصل 〖20〗^° زاویه لنگ انجام شده اند . یعنی در طول 〖720〗^° کار یک یک سیکل 36 تحلیل انجام گرفته است .

فهرست مطالب
عنوان
مقدمه
فصل اولتعریف و عناصر تشکیل دهنده شاتون
1-1- تعریف شاتون
1-2- عناصر تشکیل دهنده شاتون
1-2-1- مهمترین پارامترها در انتخاب جنس شاتون
فصل دوم روشهای ساخت شاتون
2-1- روشهای فورجینگ
2-2- روشهای فورج پودر 9
فصل سوم  دینامیک شاتون
3-1- روابط سینماتیک شاتون
3-2- محاسبه شتاب مرکز جرم شاتون
3-3- نیروهای استاتیکی شاتون
3-4- نیروهای دینامیکی شاتون
3-5- مرکز جرم وجرمهای تعادل درشاتون
فصل چهارمتحلیل شاتون
4-1- انتخاب جنس و تولید شاتون قبل از ماشینکاری
4-2- ترسیم شاتون در کامپیوتر
4-3- محاسبه نیروی استاتیکی با استفاده از نرم افزار انسیس
4-4- محاسبه اعمال نیروی پیستون به شاتون و میل لنگ به شاتون
4-5- فشار هیدرودینامیک بر شاتون
4-6- محاسبه شتاب عمودی مرکز جرم شاتون
فصل پنجمنتيجه گيري و پيشنهادات
5-1- بررسی نتایج حاصله
5-2- پیشنهاد در طرح ظاهری شاتون
5-3- تغییر جنس شاتون
5-4- اصلاح در روش تولید شاتون
علائم به کار رفته در متن
منابع :
فهرست جداول
عنوان
جدول 1-1 خواص میکانیکی چند نوع فولاد
جدول 1-2 خواص مکانیکی چند آلیاژ تیتانیوم
جدول 4-1 ترکیب شیمیایی فولادهای مورد استفاده در شاتون پژو 1600
جدول 4-2 خواص مکانیکی فولادهای مورد استفاده در شاتون پژو 1600
جدول 5-1 استحکام کششی و حد خستگی فولادهای مورد استفاده در شاتون
جدول 5-2 ترکیب شیمیایی نوعی چدن خاص
جدول 5-3 خواص مکانیکی چدن نشکن به سه عملیات حرارتی مختلف
جدول 5-4 خواص الاستیک و چگالی چدن و فولاد
جدول 5-5 آنالیز شیمیایی پیشنهادی برای استفاده در شاتون
فهرست اشکال
عنوان
شکل 1-1 نمونه یک شاتون
شکل 2-1 تلرانس لازم در ماشینکاری در قسمتهای شاتون
شکل 2-2 مقایسه هزینه شاتونهای تولید شده به سه روش فورج
شکل 2-3 مقایسه هزینه ماشین کاری شاتونهای تولید شده با چهار روش
شکل 3-1 مدل ساده ای از اجزای متحرک
شکل 3-2 دیاگرام آزاد شاتون
شکل (3-3) دیاگرام پیستون
شکل 3-4 نمودار نسبت بار یاتاقان و بیشترین فشار در پروفیل بر حسب s عدد مشخصه یاتاقان
شکل 3-5 مدل ساده اتصال پیستون – شاتون – میل لنگ
شکل 3-6 ترتیب قرار گیری لنگها در یک موتور چهار سیلندر
شکل 4-1 شاتون پس از فورج و قبل از ماشینکاری
شکل 4-2 شاتون ماشینکاری شده RD 1600
شکل 4-3 صفحات تقرن شاتون پژو 1600
شکل 4-4 نمودار شتاب پیستون در دو سرعت متفاوت بر حسب زاویه لنک
شکل 4-5 نمودار شتاب زاویه شاتون در دو سرعت متفاوت بر حسب زاویه لنگ
شکل 4-6 نمودار مجموع نیروهای فشاری و اینرسی وارد بر پیستون
شکل 4-7 نمودار فشار نحفظه احتراق بر حسب زاویه لنگ
شکل 4-8 نیروی اصطکاک بین پیستون و جداره سیلندر یک موتور دیزل با احتراق بالا
شکل 4-9 نیروی وارد از میلنک به شاتون
شکل 4-10 نمودار زاویه فشار صفر بر حسب S عدد مشخصه یاتاقان
شکل 4-11 سطوح هشتگانه تحت فشر در هر حالت بارگذاری
شکل 4-12 دیاگرام آزاد شاتون
شکل 4-13 نمودار مجموعه نیروهای فشاری و انرسی وارد بر پیستون در دو سرعت موتور بر حسب زاویه لنگ
شکل 4-14 نیروی وارده از میل لنگ به شاتون
شکل 4-15 نمودار فشار موثر متوسط موتور RD1600 در حالت تمام بار
شکل 4-16 نمودار محاسباتی فشار محفظه احتراق در سرعت 2000 دور بر دقیقه در حالت تمام بار
شکل 5-1 نمودار گودمن ، نشان دهنده محدوده امن طراحی برای تنش متناوب بر حسب تنش متوسط
شکل 5-1 شاتون RD1600 پس از حذف وزنه های تعادل از دو سر آن
شکل 5-2 نمودار محدوده تنش برای چدن نوع B بر حسب عمر
شکل 5-3 نمودار محدوده تنش برای چدن نوع E بر حسب عمر
شکل 5-4 نمودار محدوده تنش برای چدن نوع F بر حسب عمر
شکل 5-5 نمودار گودمن برای چدن نوع B
شکل 5-6 نمودار گودمن برای چدن نوع E
شکل 5-7 نمودار گودمن برای چدن نوع F
شکل 5-8 مقایسه هزینه ماشینکاری شاتونهای تولید شده با چهار روش ؛ 1- فورج وبریدن سربزرک ، 2- فورج و شکستن سربزرک ، 3- فورج پودر ، 4-زینتر کردن

مقدمه

شاتون به عنوان یکی از مهمترین قطعه متحرک موتور ، در نحوه کارکرد و بازده مکانیکی موتور موثر بوده ، اصلاح و بهسازی آن می تواند نقش قابل توجهی در بهبود کارکرد موتور داشته باشد .
در زمینه تحلیل تنش در شاتون تحقیقات بسیاری انجام گرفته است . ذیلاً به نمونه ای از کاربرد روش اجزای محدود اشاره شده است .
در سال 1989 میلادی در یک کارخانه ذوب فلزات ، شاتون یک موتور 18 سیلندر دیزل دچار شکست شد . موتور مزبور جهت تامین برق کوره های الکتریکی به کار گرفته شده با معاینه شاتون آسیب دیده مشخص شد شکست در اثر خستگی و پیدایش ترک در رزوه های شاتون رخ داده است . رزوه های مزبور جهت بسته شدن پیچ روی شاتون و اتصال دو تکه شاتون در سوراخ عبور پیچ ایجاد شده بودند . مدل شاتون تحت بارهای تنش در پای رزوه های یاد شده بوده اند . برای کاهش این تنشها ، انحنای پای دندانه ها در مدل کامپیوتری به دو برابر مقدار اولیه افزایش یافته است . با تحلیل مدل اصلاح شده ، نتایج بیانگر کاهش قابل توجه در مقدار تنش پای دندانه ها بوده اند . بیشترین مقدار تنش در این ناحیه از 3200 مگا پاسکال به 1500 مگاپاسکال کاهش یافته است در پای رزوه های شاتون اصلاح فوق الذکر به عمل آمده ، جنس شاتون نیز به نوعی فولاد با مقاومت بیشتر در برابر خستگی تغییر یافت و آثار مثبت این تغییرات در عمل نیز مشاهده گردید.
در سال 1984 در شرکت تویوتا ، آزمایشاتی روی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر انجام شده است و استحکام نهایی 850 مگا پاسکال برای نمونه ها ثبت با توجه به بارگذاری دینامیک شاتون تحلیل تجربی تنش در این قطعه در گستره وسیع کارکرد موتور مشکل می نماید . با این حال چنین تحلیلهایی نیز انجام گرفته اند . به عنوان نمونه در سال 1996 مدل سه بعدی فتوالاستیک نوعی شاتون تهیه شده ، در حالات خاص بارگذاری اندازه تنشها در نقاط خاصی به دست آمده اند .
با توجه به افزایش کاربرد متالوژی پودر برای تولید فولادی با اشکال پیچیده ذیلا به دو نمونه از تحقیقات انجام شده در این زمینه اشاره می شود . گردیده است .
تحقیقات انجام شده در سال 1989 در شرکت فدرال موگول بیانگر رسیدن به عدد 950 مگاپاسکال برای استحکام نهایی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر می باشند . فولاد مورد استفاده در این آزمایشات حاوی 6% درصد کربن بوده اند .
در سال 1376 در دانشگاه تربیت مدرس ، پایان نامه ای تحت عنوان « بهسازی و طراحی پیستون ، شاتون و میل لنگ موتور 1600» در مقطع کارشناسی ارشد ، با هدف اصلاح دستگاه حرکتی موتور ارائه شده است . اصلاحات پیشنهادی در این پروژه شامل تغییر شکل شاتون ، تغییر نوع اتصال شاتون و پیستون ، و تغییر جنس می باشند . این اصلاحات باعث کاهش وزن در حدود 110 گرم و افزایش استحکام در مقاطع مختلف شاتون می شوند . در این پایان نامه محاسبات به صورت تقریبی در برخی مقاطع خاص و بدون روش اجزای محدود ، انجام گرفته است .
در سال 1373 در دانشگاه صنعتی امیر کبیر پایان نامه ای تحت عنوان « بررسی خواص مکانیکی شاتون متالوژی پودر جایگزین شاتون فورج شده » در مقطع کارشناسی ارشد انجام شده است . در این پایان نامه روش متالوژی پودر به جای آهنگری برای تولید شاتون پیکان پیشنهاد شده است . فودلاد توصیه شده برای این روش ، حاوی مقدار بیشتری کربن ، کرم و مولیبدن نسبت به فولاد مورد استفاده در شاتون فعلی می باشد . برای رساندن خواص مکانیکی شاتون متالوژی پودر تا حد خواص مکانیکی شاتون فورج شده ، باید عملیات ساچمه زنی پس از فورج پودر انجام گیرد .
یک پایان نامه در دانشگاه تبریز با عنوان « جایگزینی شاتون چدنی به جای شاتون فولادی فورج شده » به صورت عملی برای یک موتور تک سیلندر دیزل ، شاتونی چدنی را به روش ریخته گری نمونه سازی کرده اند این شاتون در مرحله آزمایش روی موتور ، نتایج رضایت بخشی ازخود نشان داده است . قابل ذکر است که طرح شاتون فوق کاملا مشابه شاتون اولیه موتور و تاکید پروژه عمدتاً بر جایگزینی جنس و روش تولید جهت کاستن از هزینه ساخت بوده است .

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.