Dizel motorlarda krank-biyel mekanizmasının dinamik analizi
Dynamic analysis of crank connecting rod mechanism on diesel engines
Yazar: MEHMET TURGUT KAHVECİ
Danışman: PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Krank-biyel mekanizmaları sanayi devriminden bu yana birçok güç üretme ve aktarma sisteminin temelini oluşturmaktadır. Günümüzde başta içten yanmalı motorlar ve pompalar olmak üzere geniş yelpazede kullanımı devam etmektedir. Motor teknolojileri günümüzde geldiği nokta itibari ile ilk günlerine kıyasla çok büyük değişikliklere uğranmış olsa da krank-biyel mekanizması pistonlu motorlar için vazgeçilemez durumdadır. Özellikle gelişen teknoloji ve rekabet ortamıyla birlikte kullanıcı içten yanmalı motorlardan daha yüksek verim, birim hacimde daha yüksek performans, daha kısa tepki süresi ve daha iyi konfor şartları aramaktadır. Bu beklenti altında motor üreticileri motorun dayanıklılık ve güvenilirliğinden taviz vermemeyi hedeflemektedir. Modern dizel motorlardaki düşük gürültü, yüksek çalışma hızı, yüksek verim gibi beklentiler krank milli üzerinde daha özenli çalışmaları zorunlu kılmaktadır.
Bu çalışma kapsamında 6 silindirli 2 dizel motorun krank sistemi dinamik olarak analiz edilmiştir. Analiz için oluşturulan krank sistemi 1 boyutlu analiz modelinde elemanlar geometrik ve mekanik özellikleri ile temsil edilmiştir. İlk krank mili versiyonunda dengeleme kontrolü yapılmış, strok boyu uzatılan ikinci versiyonda da dengeleme incelenmiştir. İlk versiyon krank mili viskoz burulma titreşimi sönümleyici ile ve sönümleyici olmadan modellenerek burulma titreşimleri karşılaştırılmış, sönümleyicinin etkisi ortaya konmuştur. Sonrasında ikinci versiyon krank mili için farklı sönümleyiciler ile dinamik analizler tekrarlanarak uygun sönümleyici parametreleri ortaya konmuştur. Her iki motor için krank sistemi 3 boyutlu sonlu elemanlar modeli hazırlanarak doğal frekans analizi ile eğilme titreşimleri incelenmiştir. 1 boyutlu dinamik analiz çıktıları ile krank milinin maruz kaldığı yükler alınarak kritik bölgelerdeki gerilmeler hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar iki motor için karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Crank and connecting rod mechanisms are base of many power generation and transmission systems since the industrial revolution. Today, they are still widely used in many areas of industry, particularly in internal combustion engines and pumps. Despite the huge development of engine technologies on today's engines compared to first stages, crank connecting rod mechanisms are still irreplaceable for piston engines. Especially with the developing technology and competition in the engine industry, customers demand more efficiency, higher performance per volume, shorter response duration and better comfort conditions. Engine producers aim not to compromise endurance and reliability of engine under these expectations. Expectation of lower noise, higher working speed and higher efficiency in modern diesel engines require detailed study on crankshaft.
Within the scope of this study, cranktrains of two 6-cylinder engines are dynamically analyzed. Components of cranktrain system prepared for the 1 dimensional model used for analyse are defined with their geometrical and mechanical properties. Balance control for first engine version is performed and repeated in the second engine version which has a longer stroke length. First engine version is modeled with and without TVD to reveal the effect of TVD. Then, second version engine is subjected to dynamic analyse utilizing different TVDs to choose suitable damper parameters. For both engines, 3 dimensional FE models are prepared and bending vibrations are investigated with natural frequency analysis. Loads extracted from 1-dimensional dynamic analysis model are used to calculate stresses on crankshaft critical locations. Results acquired are compared for both engines.