پایان نامه طراحی شاتون، مهندسي مکانیک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

پایان نامه طراحی شاتون، مهندسی مکانیک

عنوان: پایان نامه طراحی شاتون، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۶۲

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 ۱۰۰۰ دور بر دقیق به عنوان دور آرام و ۵۵۰۰ 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 〖۲۰〗^° زاویه لنگ انجام شده اند . یعنی در طول 〖۷۲۰〗^° کار یک یک سیکل ۳۶ تحلیل انجام گرفته است .

فهرست مطالب
عنوان
مقدمه
فصل اولتعریف و عناصر تشکیل دهنده شاتون
۱-۱- تعریف شاتون
۱-۲- عناصر تشکیل دهنده شاتون
۱-۲-۱- مهمترین پارامترها در انتخاب جنس شاتون
فصل دوم روشهای ساخت شاتون
۲-۱- روشهای فورجینگ
۲-۲- روشهای فورج پودر ۹
فصل سوم  دینامیک شاتون
۳-۱- روابط سینماتیک شاتون
۳-۲- محاسبه شتاب مرکز جرم شاتون
۳-۳- نیروهای استاتیکی شاتون
۳-۴- نیروهای دینامیکی شاتون
۳-۵- مرکز جرم وجرمهای تعادل درشاتون
فصل چهارمتحلیل شاتون
۴-۱- انتخاب جنس و تولید شاتون قبل از ماشینکاری
۴-۲- ترسیم شاتون در کامپیوتر
۴-۳- محاسبه نیروی استاتیکی با استفاده از نرم افزار انسیس
۴-۴- محاسبه اعمال نیروی پیستون به شاتون و میل لنگ به شاتون
۴-۵- فشار هیدرودینامیک بر شاتون
۴-۶- محاسبه شتاب عمودی مرکز جرم شاتون
فصل پنجمنتیجه گیری و پیشنهادات
۵-۱- بررسی نتایج حاصله
۵-۲- پیشنهاد در طرح ظاهری شاتون
۵-۳- تغییر جنس شاتون
۵-۴- اصلاح در روش تولید شاتون
علائم به کار رفته در متن
منابع :
فهرست جداول
عنوان
جدول ۱-۱ خواص میکانیکی چند نوع فولاد
جدول ۱-۲ خواص مکانیکی چند آلیاژ تیتانیوم
جدول ۴-۱ ترکیب شیمیایی فولادهای مورد استفاده در شاتون پژو ۱۶۰۰
جدول ۴-۲ خواص مکانیکی فولادهای مورد استفاده در شاتون پژو ۱۶۰۰
جدول ۵-۱ استحکام کششی و حد خستگی فولادهای مورد استفاده در شاتون
جدول ۵-۲ ترکیب شیمیایی نوعی چدن خاص
جدول ۵-۳ خواص مکانیکی چدن نشکن به سه عملیات حرارتی مختلف
جدول ۵-۴ خواص الاستیک و چگالی چدن و فولاد
جدول ۵-۵ آنالیز شیمیایی پیشنهادی برای استفاده در شاتون
فهرست اشکال
عنوان
شکل ۱-۱ نمونه یک شاتون
شکل ۲-۱ تلرانس لازم در ماشینکاری در قسمتهای شاتون
شکل ۲-۲ مقایسه هزینه شاتونهای تولید شده به سه روش فورج
شکل ۲-۳ مقایسه هزینه ماشین کاری شاتونهای تولید شده با چهار روش
شکل ۳-۱ مدل ساده ای از اجزای متحرک
شکل ۳-۲ دیاگرام آزاد شاتون
شکل (۳-۳) دیاگرام پیستون
شکل ۳-۴ نمودار نسبت بار یاتاقان و بیشترین فشار در پروفیل بر حسب s عدد مشخصه یاتاقان
شکل ۳-۵ مدل ساده اتصال پیستون – شاتون – میل لنگ
شکل ۳-۶ ترتیب قرار گیری لنگها در یک موتور چهار سیلندر
شکل ۴-۱ شاتون پس از فورج و قبل از ماشینکاری
شکل ۴-۲ شاتون ماشینکاری شده RD 1600
شکل ۴-۳ صفحات تقرن شاتون پژو ۱۶۰۰
شکل ۴-۴ نمودار شتاب پیستون در دو سرعت متفاوت بر حسب زاویه لنک
شکل ۴-۵ نمودار شتاب زاویه شاتون در دو سرعت متفاوت بر حسب زاویه لنگ
شکل ۴-۶ نمودار مجموع نیروهای فشاری و اینرسی وارد بر پیستون
شکل ۴-۷ نمودار فشار نحفظه احتراق بر حسب زاویه لنگ
شکل ۴-۸ نیروی اصطکاک بین پیستون و جداره سیلندر یک موتور دیزل با احتراق بالا
شکل ۴-۹ نیروی وارد از میلنک به شاتون
شکل ۴-۱۰ نمودار زاویه فشار صفر بر حسب S عدد مشخصه یاتاقان
شکل ۴-۱۱ سطوح هشتگانه تحت فشر در هر حالت بارگذاری
شکل ۴-۱۲ دیاگرام آزاد شاتون
شکل ۴-۱۳ نمودار مجموعه نیروهای فشاری و انرسی وارد بر پیستون در دو سرعت موتور بر حسب زاویه لنگ
شکل ۴-۱۴ نیروی وارده از میل لنگ به شاتون
شکل ۴-۱۵ نمودار فشار موثر متوسط موتور RD1600 در حالت تمام بار
شکل ۴-۱۶ نمودار محاسباتی فشار محفظه احتراق در سرعت ۲۰۰۰ دور بر دقیقه در حالت تمام بار
شکل ۵-۱ نمودار گودمن ، نشان دهنده محدوده امن طراحی برای تنش متناوب بر حسب تنش متوسط
شکل ۵-۱ شاتون RD1600 پس از حذف وزنه های تعادل از دو سر آن
شکل ۵-۲ نمودار محدوده تنش برای چدن نوع B بر حسب عمر
شکل ۵-۳ نمودار محدوده تنش برای چدن نوع E بر حسب عمر
شکل ۵-۴ نمودار محدوده تنش برای چدن نوع F بر حسب عمر
شکل ۵-۵ نمودار گودمن برای چدن نوع B
شکل ۵-۶ نمودار گودمن برای چدن نوع E
شکل ۵-۷ نمودار گودمن برای چدن نوع F
شکل ۵-۸ مقایسه هزینه ماشینکاری شاتونهای تولید شده با چهار روش ؛ ۱- فورج وبریدن سربزرک ، ۲- فورج و شکستن سربزرک ، ۳- فورج پودر ، ۴-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 ۱۹۸۹ میلادی در یک کارخانه ذوب فلزات ، شاتون یک موتور ۱۸ 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 ۳۲۰۰ مگا پاسکال به ۱۵۰۰ 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 ۱۹۸۴ در شرکت تویوتا ، آزمایشاتی روی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر انجام شده است و استحکام نهایی ۸۵۰ 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 ۱۹۹۶ 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 ۱۹۸۹ در شرکت فدرال موگول بیانگر رسیدن به عدد ۹۵۰ مگاپاسکال برای استحکام نهایی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر می باشند . فولاد مورد استفاده در این آزمایشات حاوی ۶% درصد کربن بوده اند .
در سال ۱۳۷۶ در دانشگاه تربیت مدرس ، پایان نامه ای تحت عنوان « بهسازی و طراحی پیستون ، شاتون و میل لنگ موتور ۱۶۰۰» 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 ۱۱۰ 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 ۱۳۷۳ 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.