Δυναμική ανάλυση τάσεων σε στροφαλοφόρο άξονα τετρακύλινδρου βενζινοκίνητου κινητήρα εσωτερικής καύσης
Loading...
Date
2026-10-16
Authors
Σοφικίτης, Εμμανουήλ
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα εργασία εστιάζει στην υπολογιστική μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς του στροφαλοφόρου άξονα ενός τετρακύλινδρου βενζινοκίνητου κινητήρα εσωτερικής καύσης με χρήση της μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method - FEM) υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου και ταχύτητας περιστροφής. Το σύστημα κυρίων εδράνων - στροφαλοφόρου άξονα – διωστήρα – εμβόλου αποτελεί τον πυρήνα κάθε κινητήρα εσωτερικής καύσης και υπόκειται σε σημαντικά μηχανικά και θερμικά φορτία τα οποία εκ φύσεως έχουν μεταβαλλόμενο και μη-γραμμικό χαρακτήρα. Ως εκ τούτου, παρατηρείται η εμφάνιση ισχυρών φαινομένων κόπωσης στα μηχανικά μέρη του συστήματος, γεγονός το οποίο ενισχύει την διάδοση ρωγμών και επομένως την πιθανότητα αιφνίδιας θραύσης, ενώ ταυτόχρονα οι ακραίες συνθήκες μικτής-ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης στα έδρανα ολίσθησης του άξονα και των διωστήρων οδηγούν σε ανομοιόμορφη τριβή και φθορά των λιπαινόμενων επιφανειών ή ακόμη και σε υποβάθμιση των ιδιοτήτων του λιπαντικού με την πάροδο του χρόνου. Οι παράγοντες αυτοί δημιουργούν την ανάγκη για την βελτιστοποίηση του μηχανικού και τριβολογικού σχεδιασμού των στροφαλοφόρων αξόνων, ιδιαίτερα την τελευταία δεκαετία όπου οι προδιαγραφές αποδοτικότητας, αξιοπιστίας και βιωσιμότητας των κινητήρων εσωτερικής καύσης γίνονται όλο και πιο αυστηρές υπό το πρίσμα της ελαχιστοποίησης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου αλλά και των έντονων διακυμάνσεων στις τιμές των ορυκτών καυσίμων. Η παρούσα εργασία επιδιώκει τη συνεισφορά στην σχετική ερευνητική προσπάθεια μέσω της ανάπτυξης ενός υπολογιστικού μοντέλου για την ακριβή πρόβλεψη του εύρους μεταβολής των αναπτυσσόμενων τάσεων σε στροφαλοφόρους άξονες τετρακύλινδρων βενζινοκινητήρων καθώς και των φορτίων που παραλαμβάνουν τα έδρανα στήριξής τους. Για το σκοπό αυτό, αρχικά γίνεται μέτρηση των διαστάσεων και δημιουργία μοντέλου CAD ενός πραγματικού στροφαλοφόρου άξονα με χρήση του λογισμικού CATIA. Ακολουθεί ο υπολογισμός των μεταβαλλόμενων δυνάμεων που εφαρμόζονται στο σύστημα εμβόλων – διωστήρων – στροφαλοφόρου λόγω της πίεσης ανάφλεξης των κυλίνδρων και της αδράνειας των κινούμενων μηχανικών μερών. Τέλος, προσδιορίζονται οι αναπτυσσόμενες μηχανικές τάσεις σε κρίσιμες περιοχές του άξονα καθώς και τα φορτία των εδράνων ολίσθησης μέσω της δημιουργίας ενός δυναμικού μοντέλου Πεπερασμένων Στοιχείων στο λογισμικό ANSYS. Για την αξιολόγηση της επίδρασης των συνθηκών λειτουργίας, πραγματοποιείται σύγκριση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων σε διαφορετικές πιέσεις ανάφλεξης των κυλίνδρων και ταχύτητες περιστροφής.
Description
Keywords
Στροφαλοφόροι άξονες, Κινητήρες εσωτερικής καύσης, Έδρανα ολίσθησης