Bir dizel motorunda farklı basınçlar altında kullanılan biyel kolunun tasarımı ve analizi
The design and analysis of a diesel engine under pressure different used connecting rods
Yazar: AHMET SAYRUGAÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT ÜNALDI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Biyel kolu, içten yanmalı motorlarda silindir içerisindeki sıkıştırılmış hava-yakıt karışımının yanması sonucu oluşan basınç kuvvetinin etkisiyle pistonun doğrusal hareketini krank miline aktararak dairesel hareketin elde edilmesini sağlayan çok önemli bir makine parçasıdır. Motor içerisinde anlık ve çok fazla değişken tekrarlı yüke maruz kalan biyel kolu, içten yanmalı motorların performans ve güç kapasitelerinin belirlenmesinde çok büyük öneme sahiptir. Sürekli ve dinamik olarak hareket iletimini sağlamak zorunda kalan biyel kolu, üzerine gelen büyük ve ani değişkenlik gösteren yükleri krank mili aracılığıyla dağıtamadığı anda eğilme, burulma, kırılma gibi arızalara maruz kalabilmektedir. Momentum ve salınım hareketlerinin de etkisiyle ortaya çıkabilecek bu arızalar, biyel kolunun akma, kopma ve burulma mukavemetleri ile ağırlığı da tasarımı etkileyen en önemli faktörlerden birisi olduğunu ortaya koymaktadır. Bu nedenle günümüzde gelişen teknolojilerin de etkisiyle içten yanmalı motorlarda kullanılan biyel kolunun; daha hafif, yüksek mukavemetli, uzun ömürlü ve ekonomik bir tasarıma sahip olması çok büyük önem arz etmektedir.
Bu çalışmada, biyel kolunun maruz kaldığı zorlu çalışma şartları ve farklı stresler altında maksimum dayanma ve çalışma performansı sağlayabilecek bir tasarımın elde edilmesi hedeflenmiştir. Deneme yanılma yöntemiyle üretiminin söz konusu olamayacağı biyel kolunda yaşanabilecek en ufak bir arıza, motor içerisinde birlikte hareket ettiği parçalarda çok ciddi arızalara sebep olabilir. Motorun çalışmasını direkt olarak etkileyecek sorunlar nedeniyle tasarımı yapılacak biyel kolunun bütün hesaplamaları ve analizleri en yakın değerler baz alınarak yapılmıştır. Çalışma kapsamında, otomobillerde yaygın olarak kullanılmakta olan 1.3 litrelik, 4 silindirli JTD motoruna uygun bir biyel kolu tasarlanmıştır. Öncelikle, biyel kolunun yapısal özellikleri ve tasarımsal kısıtlamaları belirlenmiştir. Ardından Taguchi metodu için biyel kolunun faktör ve seviyeleri belirlenerek çıkış parametrelerinin faktörler üzerine etkilerine göre optimum faktör seviyeleri belirlenmiştir. Taguchi metodu için biyel kolunun gövde yüksekliği (BH), gövde genişliği (BW), gövde iç duvar kalınlığı (IT) ve gövde dış duvar kalınlıkları (OT) 3'er seviyeli faktörler olarak belirlenmiş ve bilgisayar destekli katı modelleme programı solidworks ile üç-boyutlu (3D) katı modeller oluşturularak biyel kolunun maruz kaldığı kuvvetler incelenmiş ve Ansys Workbench programı ile analizleri yapılmıştır. Biyel kolunun ağırlık, basma kuvveti, çekme kuvveti ve yorulma dayanımı değerlerine göre yapılan analizler sonucunda özellikler üzerinde en etkili faktörün gövde genişliği (BW) ve uygun değerin de 10mm olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The connecting rod is a very important part of the machine which transmits the linear movement of the piston to the crankshaft by the effect of the pressure force generated by the combustion of the compressed air-fuel mixture in the cylinder in internal combustion engines and thus achieves the circular movement. The connecting rod, which is subjected to instantaneous and very variable repetitive load in the engine, is of great importance in determining the performance and power capacities of internal combustion engines. The connecting rod, which has to provide continuous and dynamic motion transmission, can be subjected to faults such as bending, torsion and breakage when it cannot distribute the loads which show big and sudden variations on it by means of crankshaft. These failures, which may arise due to momentum and oscillation movements, reveal that the connecting rod's yield, tensile and torsional strengths and weight are among the most important factors affecting the design. For this reason, it is of great importance that the connecting rod used in internal combustion engines has more lightweight, higher strength, long life and economical design due to the nowadays developing technologies.
In this study, it is aimed to achieve a design that can provide maximum endurance and working performance under the severe working conditions and different stresses to which the connecting rod is exposed. The slightest malfunction in the connecting rod, which cannot be produced by trial and error method, can cause serious malfunctions in the parts in which the engine moves together. All the calculations and analyzes of the connecting rod to be designed due to the problems that directly affect the operation of the engine have been made based on the closest values. For this purpose, a connecting rod is designed for a 1.3-liter, 4-cylinder JTD engine commonly used in automobiles. Firstly, the structural features and design limitations of the connecting rod were determined. Then, factor and levels of the connecting rod for the Taguchi method were determined and optimum factor levels were determined according to the effects of output parameters on the factors. For the Taguchi method, the body height (BH), body width (BW), body inner wall thickness (IT) and body outer wall thickness (OT) of the connecting rod were assigned as factors with 3-level, and three-dimensional (3D) solid models were created by solidworks computer aided solid modeling program and the forces that the connecting rod was exposed were analyzed with Ansys Workbench. As a result of the analyzes made according to the weight, compression force, tensile force and fatigue strength values of the connecting rod, the most effective factor on the properties was determined as the body width (BW) and the appropriate value was 10mm.