دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مکانیک
تحلیل خستگی شاتون یک موتور نسبت به تراکم متغیر
چکیده:
یکی از مهمترین قطعات موتور که تحت بارهای متناوب قرار می گیرد شاتون آن است از آنجائیکه این قطعه در شرایط بارگزاری متناوب قرار می گیرد یکی از تحلیل های مهم در آن، تحلیل خستگی این قطعه است.به این منظور در این پایان نامه، در ابتدا پس از معرفی موتور های وی سی آر و حساسیت شاتون بدلیل متغیر بودن نسبت تراکم آن با اعمال بارگزاری متناوب (برگرفته از نمودار نیروهای اعمال حاصل از فشار احتراق، نیرو های اینرسی) به تحلیل خستگی در شاتون پرداخته و در دو حالت نسبت تراکم بالا و نسبت تراکم پایین این آنالیز صورت می گیرد.
مقدمه
گسیختگی های مکانیکی، زیانهای جانی و مالی زیادی را به وجود آورده است. گسیختگی های ناشی از بارگذاری تکراری که همان خستگی باشد، حداقل نیمی از این گسیختگی های مکانیکی را موجب می شود.این گسیختگی ها غیر قابل پیش بینی بوده است. بسیاری پیش می آید که قطعات ماشین در اثر تنش های مکرر یا نوسانی می شکنند. در حالی که تحقیق های دقیق نشان می دهد که بیشترین مقادیر تنش ایجاد شده کمتر از استحکام نهایی ماده و در بسیاری موارد حتی کمتر از استحکام تسلیم بوده است. برجسته ترین ویژگی این گونه شکست ها این است که تنشها به دفعات بسیار زیاد تکرار می شوند به همین دلیل آن را شکست خستگی می نامند.
حداقل دو معیار مختلف برای خستگی مورد نیاز است زیرا شکست ناشی از خستگی حداقل در دو مرحله اتفاق می افتد:مرحله اول ترکها به وسیله کرنش برشی پلاستیکی موضعی توسعه یافته،سپس رشد ترکها توسط تنش های کششی توزیع شده پدید می آید و سپس شکست نهایی کل فرآیند خستگی را کامل می کند. شکست خستگی از یک ترک کوچک شروع می شود این ترک اولیه آنقدر کوچک است که حتی تشخیص آن در تصاویر اشعه X نیز بسیاردشوار است. ترک در نقطه ای از ناپیوستگی قطعه مانند تغییر مقطع جای خار، یا یک سوراخ شروع به گسترش می کند.
کلمات کلیدی:
شاتون
تحلیل خستگی
گسیختگی های مکانیکی
متغیر بودن نسبت تراکم موتور
بیشینه تحقیق:
1- در گزارش تحت عنوان تحلیل خستگی که در سال 2005 به انجام رسید به بررسی چند ماده برای شاتون پرداخته شد و بارگذاری هایی انجام شده نیز به صورت جداولی ارائه شده است. [12]
2- در مقاله آقای شنوی با عنوان تحلیل بارهای دینامیکی و بهینه سازی شاتون که در سال 2004 انجام شده است. در ابتدا به صورت جداول و نمودارهایی اطلاعاتی از وجود نیروها برای شاتون در زاویه چرخش های مختلف میل لنگ و برای دورهای مختلف به صورت کامل ارائه شده است سپس به تحلیل بار دینامیکی بر روی شاتون پرداخته است. در قسمت بعد شاتون مدل کرده برای اجزای محدود که تمام شر ایط از جمله مش بندی، بارگذاری ، شرایط مرزی و نتایج را مشاهده می کنیم که بر اساس تنش این نتایج اعمال شده و سپس به بهینه سازی شاتون و به دست آوردن نتایج بهتر پرداخته شده است. [13]
3- در سال 2003 تحلیل خستگی در محیط Ansys انجام شد که نمودار S-N را برای یک ماده قرار داده و بارگذاری های ثابت و متناوب را بررسی کرده است و تأثیرات را برای تئوری های مختلف بررسی کرده و در نهایت نیز برای شاتون عمر، ضریب اطمینان و نقاطی که دارای بیشترین تنش است را محاسبه کرده است. [14]
4- در مقاله ای تحت عنوان بهینه سازی و تحلیل خستگی یک شاتون تیتانیومی در ابتدا به پارامترهای طراحی پرداخته و در نهایت تحلیل دینامیکی و تحلیل خستگی را انجام داده اند که فرمول های مورد استفاده را نیز ارائه داده اند. [15]
5- در سال 2006 با توجه به استفاده مواد مختلف در گستره دمایی متفاوت و تأثیرات دما و انتقال حرارت بر این مواد که در تهیه شاتون بسیار به کار می رود پرداخته شد و همچنین این تأثیرات دما در غالب زمان نیز به صورت جداولی ارائه شد. [8]
6- در مقاله ای از آقای علی فاطمی که در سال 2003 در دانشگاه تولدو ارائه شد به رفتار خستگی و عمر قطعه شاتون برای مواد مختلف که در تنش های مختلف و دورهای مختلف قرار دارد می پردازد.همچنین به ساخت شاتون بوسیله عملیات فورجینگ نیز اشاره دارد. [9]
7- در مقاله ای در سال 2005 به توضیح مواد C70 به کار رفته در ساخت شاتون پرداخته و سپس روند ساخت شاتون به صورت فور جینگ ارائه شده و یک نمونه از حالت تست را برای دو ماده ارائه داده و همچنین این چند ماده را در حالت خستگی با هم مقایسه کرده است. [10]
8- در مقاله ای دیگر از دانشگاه تولدو، به تحلیل خود شاتون در اجزا و طراحی پرداخته و سپس نیروهای وارد بر شاتون در هر چهار مرحله کورس موتور تحلیل شده و همچنین به نوع ساخت شاتون به وسیله آهنگری نیز اشاره ای شده است و بعد به استفاده از مواد مختلف پرداخته از جمله C70 و سپس به بارگذاری و تحلیل آن پرداخته که البته مقایسه ای در چند مش بندی نیز داشته است. [11]
فهرست
فصل اول: مقدمه
مقدمه 2
معرفی شاتون 3
بیشینه تحقیق: 5
فصل دوم: موتور نسبت تراکم متغیر
مقدمه 8
1-2- نسبت تراکم متغیر 8
2-2- توضیحاتی راجع به تراکم در موتور 9
1-2-2- تعریف نسبت تراکم 9
1-1-2-2- تقسیم بندی نسبت تراکم: 11
2-1-2-2- نسبت تراکم بهینه 12
2-2-2- مفهوم نسبت تراکم متغیر 12
3-2-2- مزایای انتخاب نسبت تراکم متغیر 14
3-2- موارد استفاده از موتورهای نسبت تراکم متغیر 15
1-3-2- بهینه سازی بار بر روی موتور 15
2-3-2- استفاده از دو گانه سوزها 15
3-3-2- کوچک سازی موتور 16
4-3-2- گرم کردن موتور بعد از استارت 18
5-3-2- پرخورانی 19
6-3-2- سامانه HCCI (بار گذاری یا شارژ همگن احتراق تراكمی) 20
4-2- معرفی انواع مكانیزم‌های نسبت تراكم متغیر 23
1-4-2- تغییر محفظه احتراق 24
1-1-4-2- سرسلیندر متحرك 24
2-1-4-2- تغییرات حجم اتاق احتراق 27
3-1-4-2- تغییر ارتفاع تاج پیستون 30
2-4-2- تغییر شكل هندسه شاتون 33
1-2-4-2- خارج از مركز كردن یاتاقان‌های متحرك میل لنگ 33
2-2-4-2- خارج از مركز كردن گژن پین 34
3-2-4-2- تغییر ارتفاع شاتون 35
3-4-2- تغییر میل لنگ 37
1-3-4-2- می- فلور: (خارج از مركز كردن یاتاقان‌های ثابت) 37
2-3-4-2- اف- ای- وی 38
5-2- طراحی شاتون 41
6-2- انتخاب مواد در طراحی 41
7-2- قسمت های مختلف شاتون 43
1-7-2- انتهای کوچک شاتون (چشم کوچک شاتون) 44
2-7-2-ساق شاتون 48
3-7-2- انتهای بزرگ شاتون (چشم بزرگ شاتون) 49
4-7-2- پیچ های شاتون 51
فصل سوم: تحلیل خستگی
مقدمه 53
تاریخچه 54
تعریف خستگی 55
1-3- ضوابط طراحی خستگی 56
1-1-3- طراحی دوره نا محدود 56
2-1-3- طراحی دوره محدود 57
3-1-3- طراحی مطمئن 57
4-1-3- طراحی آسیب پذیر مجاز 58
2-3- رژیم های خستگی 58
3-3- الگوی های شکست خستگی 60
1-3-3- روش تنش- عمر 60
2-3-3- روش کرنش- عمر 62
3-3-3- روشهای شمارش سیکل 64
4-3-3- روش شمارش سیکل عبور از سطح 66
5-3-3- روش شمارش قله ها 67
6-3-3- روش شمارش محدوده ساده 69
7-3-3- اثرات ترتیب بارگذاری 70
8-3-3- روش شمارش سیکل جریان باران 72
9-3-3- اثرات تنش میانگین 78
1-9-3-3- روش گودمن 78
2-9-3-3- روش گربر 79
3-9-3-3- روش مارو 79
4-3- فاکتورهای موثر بر سرعت رشد ترک خستگی 80
1-4-3- محدوده تنش یا کرنش 80
2-4-3- تنش متوسط 82
3-4-3- کیفیت سطح 82
4-4-3- عملیات سطح کاری 82
5-4-3- ترتیب و توالی چرخه 83
5-3- بارهای خستگی 84
6-3- پارامترهای مؤثر بر استحکام خستگی 85
1-6-3- کیفیت سطح 85
2-6-3- اثر اندازه 86
3-6-3- اثر دمای کارکرد 88
4-6-3- اثر تمرکز تنش 88
5-6-3- اثر جنس مواد 89
7-3- تولید دیاگرام S-N 90
8-3- خستگی شاتون 91
فصل چهارم: تحلیل خستگی شاتون
1-4- بررسی نیروهای اعمالی به شاتون 100
1-1-4- بررسی نیروها تنش های کششی 100
2-1-4- بررسی نیروها و تنش های فشاری 102
3-1-4- بررسی ممان ها و تنش های خمشی شاتون 103
4-1-4- بررسی پدیده کمانش در شاتون 105
5-1-4- بررسی تنش ناشی از جا زدن بوش 107
6-1-4- بررسی نیروهای اعمالی و تعیین ضریب اطمینان پیچ های شاتون 108
2-4- نمودار نیروهای وارده بر شاتون: 113
3-4- تحلیل تنش به کمک نرم افزار (Ansys) 114
4-4- جنس قطعه 115
5-4- شرایط مرزی 117
6-4- اعمال نیرو 118
1-6-4- تحلیل تنش فشاری 118
2-6-4- تحلیل تنش کششی 121
7-4- تحلیل خستگی 123
فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهاد
نتیجه گیری و ارائه پیشنهاد 130
فهرست مراجع و منابع 143