بررسي تجربي و عددي تنش در ميل‌لنگ موتور

Experimental and numerical investigation of stress in engine crankshaft

ميل‌لنگ يكي از مهمترين قسمت‌هاي سازوكار لنگ و لغزنده است كه تحت تأثير نيرو و تنش‌هاي مختلف مي‌باشد. نيروهاي وارد به ميل‌لنگ شامل نيروهاي لختي جرم‌‌هاي دوار، نيروهاي لختي جرم‌‌هاي رفت و برگشتي و نيروهاي احتراقي است كه موجب تنش‌‌هاي خمشي و پيچشي در ميل‌لنگ مي‌شود. تركيب و همزماني تنش‌هاي خمشي و پيچشي روي ميل‌لنگ موجب ايجاد بار خستگي در آن مي‌شود. در اين تحقيق، تنش‌هاي وارد بر ميل‌لنگ يك موتور ديزل سواري چهاراستوانه به روش اجزاي محدود در نرم‌افزار ABAQUS محاسبه شد و سپس براي صحه‌گذاري نتايج، با نصب كرنش‌سنج بر روي ميل‌لنگ، مقادير تنش به صورت تجربي اندازه‌گيري شده است. بر اساس نتايج تحليل اجزاي محدود، بيشينه تنش فون‌ميسز در جلوي ميل‌لنگ و به مقدار 580 (MPa) برروي ميل‌لنگ ايجاد مي‌گردد. همچنين، در روش اجزاي محدود، تنش در جايي كه كرنش‌سنج‌ها نصب شده، به مقدار تقريبي 8 (MPa) است. نتايج داده‌برداري از كرنش‌سنج‌ها نيز بيشينه تنش فون‌ميسز كوچكتر از 8 (MPa) نشان داد كه نتايج شبيه‌سازي اجزاي محدود تنش مطابقت خوبي را با اندازه‌گيري تجربي تنش نشان داد؛ آن‌چنان‌كه بيشينه اختلاف بين نتايج تحليل اجزاي محدود تنش و روش تجربي كرنش‌سنجي، بيش از 3.5% مشاهده نشد.

Crankshaft is an important engine component that is working under high forces and stresses. Crankshaft loading consists of the moment inertia of the rotary mass, the moment inertia of the reciprocating mass and the combustion force that cause bending and torsional stresses in crankshaft. Bending and torsional stresses in crankshaft lead to fatigue loading. In this research, for a diesel engine, stresses in crankshaft were calculated by finite element method. and then, in order to validate these results, strain gauges were installed to measure strains and stresses. According to finite element results, the maximum value of the Von-Misses stress equaled to 580 MPa. In addition, the stress was about 8 MPa, where the strain gauge was installed. Data of the strain gauge measurement resulted in stresses less than 8 MPa. This result showed a good agreement with finite element model results. The maximum error between observed values and the finite element analysis was not more than 3.5%.