Biyel optimizasyonu
Connecting rod optimization
Yazar: TOLGA KAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Analiz = Analysis ; Biyel = Connecting rod ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Optimizasyon = Optimization ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Biyel, doğrusal hareketin dönme hareketine ya da tam tersine çevrilmesinde ve günümüzde içten yanmalı motorlarda kullanılan en önemli parçalarıdan biridir. Günümüzde hızla gelişen teknoloji ile birlikte düşük hacim ve yüksek güç değerlerinde çalışan motorların geliştirilmesiyle daha hassas, daha hafif, daha dayanıklı ve daha ekonomik motor parçalarına ihtiyaç duyulmuştur. Motora ait tüm parçalar içerisinde ani değişen yüklere maruz kalan en belirgin parça biyeldir. Yüksek hızlarda ve güçlerde çalışan biyellerde oluşan temel gerilmeler, öncelikli olarak biyel koludan başlara geçiş bölgesinde olmak üzere, ciddi deformasyon ve yorulma eğilimine sebep olmaktadır.Bu çalışma, genel olarak biyelin özellikleri, yapısal açıdan içinde bulunduğu çalışma şartlarına dayanarak krank açısına bağlı maruz kaldığı kuvvetlerin incelenmesi, bu kuvvetlere bağlı olarak stres analizlerinin gerçekleştirilmesi ve elde edilen sonuçlar ışığında biyel optimizasyonunun yapılması olarak dört ana kısımdan oluşmaktadır.Mathcad ve MS Excel programları kullanılarak biyele ait parametreler ile biyele ait yer değiştirme denklemleri, biyele bağlı hız ve ivmenin tespiti yapılmıştır. Tespiti yapılan değerlere dayanarak maksimum F kuvvetinin hangi krank açısında oluştuğu tespit edilmiştir. Krank-biyel mekanizması matematiksel olarak modellenmiştir. Daha sonra üç adet biyel modeli Solidworks progamı ile genel biyel tasarımı esaslarına göre günümüzdeki biyel tasarımlarından esinlenilerek üç boyutlu olarak tasarlanmıştır.Tasarımı yapılan üç biyel geometrisi için elde edilen kuvvetler kullanılarak FEM (sonlu elemanlar yöntemi) ile stres analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler için krank-biyel mekanizmasının analiz modeli oluşturulmuştur. Mekanizmaya ait pin, yatak ve krank muylusu modellenmiştir. Tespit edilen krank açısına bağlı maksimum F kuvveti ile stres analizleri yapılmıştır.Bu tez çalışmasında sıcaklık ve hava şartları dikkate alınmamış, yük dağılımının homojen olduğu kabul edilmiştir.Son olarak analizlerden çıkan sonuçlara göre en uygun biyel tercih edilip yük azaltma çalışmaları ile biyel optimizasyonu yapılmıştır. Böylece bir biyelin sıfırdan tasarımı gerçekleştirilip elde edilen matematiksel bilgilerin ışığında analizleri tecrübe edilip tasarımda gerekli düzeltmeler yapılarak eldeki verilere göre bir biyel elde edilmiştir.

Abstract:
A connecting rod is the most common part in converting linear motion to rotating motion and combustion engines in daily life. Today, the automotive industry needed less toleranced, less mass and more stable, more economic motor parts because of the less space and high torque ratings with the speedly growing technology. The most known part in a combustion engine which comes face to face with quickly changing forces is a connecting rod. Tensions and compressions couses seriously deformations and fatigue on connecting rods that works in high velocity and torque.This article includes general properties about the connecting rod, research about forces upon crank angle with corresponding to its working dependencies in a structural mentality, study on the stress analysis upon to this forces gained from calculatinos and optimization with the data that gained from the analysis.Displacement, velocity and acceleration of the system is calculated corresponding with connecting rod?s known parameters with using Mathcad and MS Excel programs. The crank angle found which crank-slider mechanism has maximum F force with calculated data. Firstly, crank-slider mechanism is designed in numerical model. After that, three of connecting rod designed as a three-dimensional model in Solidworks program corresponding with desing fundamentals of a connecting rod and affect of made designs.Stress analysis applied on this three connecting rods with using calculated forces in FEM (finite element method). A model designed as a crank-slider mechanism for this analysis. Pin of piston, housing and crank pin is created for this crank-slider mechanism. Stress analysis applied with calculated F force correponding the crank angle.In this study, temperature and operating conditions are not cared, additionally it is accepted that a homogen force is applied on the system.After all, the most sucessfull connecting rod design selected and made optimization with weight decreasing and supporting of weak points on it. By the way, an optimized connecting rod created with design from the beginning, develop of numerical equations corresponding with calculating it?s working loads.