بخشی از مقاله
چکیده
عملکرد شاتون براي انتقال نیروي پیستون به میل لنگ و تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی میل لنگ میباشد. با توجه به این مساله که خرابی و مشکلات قطعات دوار موتور تراکتورMF-285 بسیار زیاد است. ضرورت پرداختن به تحلیل تنش شاتون این تراکتور حس شد.
در این تحقیق شاتون با استفاده از نرم افزار قدرتمند طراحی CATIAV5 طراحی شد. نیروهاي وارد آمده بر شاتون در هنگام احتراق محاسبه گشت و براي انجام تحلیل تنش نیز از همین نرم افزار استفاده شد. پس از بررسی حالات مختلف المانها - اندازه و نوع - به بررسی نتایج پرداخته شد
پس از بررسی نتایج این نتیجه حاصل گشت که بهترین حالت جهت انجام تحلیل تنش، استفاده از المان Parabolic و اندازه المانهاي کوچک است. با استفاده از این نوع المان براي تحلیل تنش، بیشترین تنش von misses در نزدیکی چشم کوچک با مقدار 222 مگا پاسکال به دست آمد. همچنین سایر پارامترهایی از قبیل principle stress و dicplacement نیز بررسی و به دست آمد.
-1 مقدمه
شاتون یکی از قطعات مهم در موتور هاي احتراق داخلی میباشد. عملکرد شاتون براي انتقال نیروي پیستون به میل لنگ و تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی میل لنگ میباشد. شاتون از قسمت هایی از جمله چشم کوچک - که از طریق گژن پین به پیستون متصل شده است - ، چشم بزرگ - که بر روي میل لنگ کلمپ شده است - و قسمت اتصال دهنده این دو عضو به هم، چشم بزرگ دو قسمتی بوده و این بدین منضور است که به عضو اجازه متصل شدن به میل لنگ را بدهد . شاتون تراکتور اغلب از طریق آهنگري و یا از طریق فرآیند متالوژي پودري استفاده می شود.
دلیل اصلی استفاده از این روش، تولید قطعات یکپارچه به منظور دست یابی به بهره وري بالا با کم ترین هزینه ممکن است در تحیقی که اسدي و همکاران بر روي تحلیل تنش حاصل از خستگی در تراکتور با استفاده از روش المان محدود و نرم افزار ansys انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که بهینه سازي جرم رفت و برگشتی تا حدود زیادي میتواند باعث کاهش تنش در شاتون این تراکتور شود
محققینی به بررسی تحلیل تنشهاي وارد آمده بر روي شاتون موتورهاي احتراق داخلی دیزلی با استفاده از نرم افزار Ansys پرداختند. آنها مشاهده کردند که بیش ترین تنش ها در محل اتصال چشم کوچک به قسمت میانی شاتون اتفاق می افتد . براي مدلی که آنها طراحی کرده بودندبیشترین تنش برابر با 303 مگا پاسکال گزارش شده است
موتور تراکتور MF-285، در اصل موتور پرکینز چهار سیلندر با آرایش خطی رفت و برگشتی است.کورس پیستون در این موتور 127 میلی متر، قدرت موتور در سرعت دورانی 2000 دور بر دقیقه میل لنگ برابر 71 اسب بخار و حداکثر گشتاور که در سرعت دورانی 1300 دور بر دقیقه میل لنگ تولید میشود، 278 نیوتن است
پژوهشی توسط محققین بر روي شاتون تراکتور u-650 به منظور بررسی تنشهاي وارده بر این شاتون و همچنین آنالیز خستگی و بارگزاري استاتیک بر روي آن انجام شد. محققین سپس به ارائه یک شاتون اصلاح شده پرداخته و به در مدل جدید توانستند میزان 0/005 کیلوگرم وزن شاتون را کاهش داده و توانستند استحکام خستگی این شاتون اصلاح شده را نیز به مقدار چشم گیري کاهش دهند. طراحی مدل هاي اصلی شاتون در هر دو حالت با استفاده از نرم افزار کتیا انجام شد. سپس تحلیل تنش با استفاده از نرم افزار Ansys انجام شد
تحقیق حاضر به علت خرابی زیاد در قطعات دوار تراکتور MF-285 و همچنین کاربرد زیاد این تراکتور در داخل ایران و به منظور پی بردن به تنشهاي وارد آمده به این قطعه خاص در داخل موتور این تراکتور و همچنین بررسیاستفاده از روش تحلیل تنش با استفاده از نرم افزار کتیا، انجام شده است. جنبه دیگر این تحقیق کاهش جرم دورانی موتور به نحوي که میزان تنشهاي تولید شده حتی الامکان کم شود و یا این که افزایش آنچنانی در تنشهاي وارده بر این قطعه، است.
-2 مواد و روشها
درتحقیق حاضر ابتدا نیروهایی که در طی فرآیند احتراق موثر بوده و بر قطعه شاتون، وارد میشوند مورد بررسی قرار گرفتند. بر همین اساس شرایط در بحرانیترین حالت مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به این که بحرانیترین حالت - بیشترین نیرو وارده - در لحظه قرار گرفتن پیستون در نقطه مرگ بالاست، به محاسبه نیرو در این حالت پرداخته شد. نیرو از طریق چشم کوچک شاتون به آن وارد میگردد. نیروهاي وارده بر چشم کوچک را میتوان در 4 دسته عمده زیر دسته بندي نمود:
-1نیروي اینرسی ناشی از جرم پیستون، گژن پین، بوش، دسته پیستون و میل لنگ -2 نیروي ناشی از احتراق - انبساط گاز - -3 نیروي ناشی از جازدن دسته پیستون و نیروي ناشی از اصطکاك بین بوش و گژن پین -4 نیروي ناشی از لقی بین بوش و گژن پین
-1-2 نیروهاي اینرسی
با توجه به این که شاتون داراي دو نوع حرکت رفت و برگشتی و دورانی است هر دو نوع این حرکتها باعث وارد آمدن نیروهایی به شاتون می گردند که ناشی از اینرسی است و شامل دو قسمت عمدهي نیروهاي حاصل از جرم رفت و برگشتی و بخش دوم این نیرو حاصل از جرم دورانی - جرم لنگ میل لنگ و قسمتی از دسته پیستون - است. نیروي اینرسی حاصل از جرم رفت و بر گشتی از رابطه یک به دست میآید:
در رابطه بالا Fi نیروي اینرسی رفت و برگشتی است با واحد N، ma جرم رفت و برگشتی با واحد Kg، زاویه اي که لنگ میل لنگ با محور مرکزي سیلندر میسازد که واحد آن deg است، سرعت دورانی بر حسب ، است.
λ نسبت میله میباشد که از رابطه 2 به دست میآید:
در رابطه بالا L طول دسته پیستون بر حسب m است.
کلچین و دمیدو در طی تحقیقی و بر اساس دادههاي آزمایشگاهی گزارش کردند که نیروي اینرسی به طور یکنواخت بر سطح میانی چشم کوچک وارد میشود، که طریقه وارد شدن آن در شکل یک نمایش داده شده است
شکل -1 چگونگی اعمال نیروي اینرسی بر روي چشم کوچک
مقدار این نیرو با انتگرال گیري محاسبه شده و بر طبق رابطه زیر محاسبه میگردد:
در رابطه بالا Pi نیرو در واحد سطح، Ls عرض چشم کوچک بر حسب m، Fi نیروي اینرسی و rm شعاع متوسط چشم کوچک بر حسب m می باشد.
