gazi üniversitesi fen bilimleri enstitüsü makine mühendisliği ana
Transkript
gazi üniversitesi fen bilimleri enstitüsü makine mühendisliği ana
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI MM598 SEMİNER DİZEL MOTORLARDA KRANK MİLİ ANALİZİ VE ALTERNATİF MALZEME ARAYIŞI H. Çağrı KİBAR, 10100501 DANIŞMAN: Yrd. Doç. Dr. Yusuf USTA Çalışmanın Amacı: Çalışmada, tek silindirli bir dizel motorun krank milinin gerilme analizleri yapılacak, dayanım özelliklerinden bir şey kaybetmeden düşük maliyetli alternatif bir malzeme arayışına gidilecektir. Kapsam: Krank mili, eksantrik bir mil olup, pistondan aldığı doğrusal hareketi dönme hareketine çevirir ve motorun en önemli ve maliyetli parçalarından biridir. Günümüzde, içten yanmalı motorların performansının artırılması, boyutların küçültülmesi, yakıt tüketiminin ve maliyetin azalması, titreşim ve sesin minimum seviyelere indirilmesinin yanında dayanıklılık ve güvenilirliğin artırılması istenmektedir. Krank mili yüksek güvenilirlik değerleri baz alınarak tasarlanır, fakat çevrimsel yüklemelerde gerilme birikmeleri sebebiyle hesaplanan yorulma dayanım değerlerinin altında kırılabilirler. Projede, CATIA programında modellenmiş tek silindirli bir E89 Pancar motorunun krank milinin ANSYS programı yardımıyla dinamik analizleri yapılacaktır. Çıkan sonuçlar doğrultusunda krank milleri için dayanım özelliklerinden bir şey kaybetmeden ve düşük maliyetli alternatif bir malzeme arayışına gidilecektir. Literatür: F. Jimenez Espadafor, J. Becerra Villanueva ve M. Torres Garcia elektrik üretilen bir santralde kullanılan dövme çelikten yapılmış zarar görmüş bir krank milini incelemişler, sertlik derinliğinin hasarlı bölgede olması gerekenden daha düşük olduğunu görmüşlerdir. İncelenen krank milinin dinamik analizleri yapılmış ve modelde en kritik bölgenin hasar görmüş bölge olduğu doğrulanmıştır [1]. S.K. Bhaumik ve arkadaşları bir nakliye uçağının AISI 4340 çeliğinden imal edilmiş ve yükselme sırasında kırılan krank mili üzerinde incelemelerde bulunmuş, kırılma nedenlerini ortaya koymuşlardır [2]. Zehua Wang ve arkadaşları Elektro Cüruf Ergitme (ESR) yöntemini geliştirerek AISI 4140 çeliğinden krank mili üretimi üzerine çalışmışlar ve bu yöntemle üretilen krank milinin mekanik özellikler, kimyasal özellikler, maliyet ve imalat süresi bakımından dövme ve döküm yöntemlerine göre avantajları olduğunu görmüşlerdir [3]. Osman Asi, küresel grafitli dökme demirden üretilen, zarar görmüş bir krank milini incelemiş, malzemenin krank mili üretimindeki avantajları açıklamış, kırılan bölgede serbest ve küresel olmayan dökme demir bulunduğunu ve kırılmaya sebebiyet veren çatlak başlangıcının bu bölge kaynaklı olduğunu gözlemlemişlerdir [4]. F.S. Silva, kırılmaya uğramış iki krank milini incelemiş, kırılmaya sebebiyet veren mekanik ve işletim hatalarını açıklamıştır [5]. Zissimos P. Mourelatos içten yanmalı bir motorun krank milinin dinamik analizleri üzerine çalışmış, analiz basamaklarını açıklamış ve sonuçları grafikler halinde belirtmiştir [6]. Zhiwei Yu ve Xiaolei Xu yaptıkları çalışmada, AISI 4140 çeliğinden imal edilmiş ve çalışma sırasında kırılmış bir krank milini incelemişler, kırılma sebebinin kırılan bölgede taşlama sonrası nitrür kalınlığının altına inilmesi olduğunu gözlemlemişlerdir [7]. Changli Wang ve arkadaşları, muylu üzerinde dört bölgeden kırılma gösteren krank mil muylusunu incelemişler ve büyük bir gürültüyle meydana gelen bu alışılagelmemiş kırılmanın montaj hatasından kaynaklandığını görmüşlerdir. Mil yüzeyinde oluşan ısınmadan kaynaklanan sertlik düşüşü meydana geldiğini belirtmişlerdir [8]. A. Ktari, N. Haddar ve H.F. Ayedi, trenlerde kullanılmış AISI 4130 çeliğinden yapılma zarar görmüş üç ayrı krank milinde incelemeler yapmışlar ve hepsindeki kırılmanın asıl sebebinin yorulma olduğunu görmüşlerdir. Kırılmaların başlangıcına, radyüs bölgelerindeki yüksek gerilim konsantrasyonu, miller ve yataklar arasındaki sürtünmeden kaynaklanan mekanik ve termal yüklerin sebebiyet verdiğini açıklamışlardır [9]. H. Bayrakçeken, S. Taşgetiren, F. Aksoy AISI 4140 çeliğinden imal edilmiş tek silindirli bir dizel motorun hasar görmüş krank milini incelemişler ve hasarın sebebinin yorulma olduğunu görmüşlerdir [10]. Çalışmanın Aşamaları: CATIA programında modellenmiş tek silindirli dizel motora ait krank milinin ANSYS programında dinamik analizleri yapılacak, analiz sonuçları değerlendirilerek mil üzerindeki kritik noktalar belirlenecektir. Bu bilgiler ışığında, dayanım özelliklerinden bir şey kaybetmeden, düşük maliyetli bir krank mili üretebilmek için alternatif bir malzeme önerilmeye çalışılacaktır. Ekipmanlar: Krank mili modelinin dinamik analizlerini gerçekleştirmek için Makina Mühendisliği Bilgisayar Laboratuvarlarında akademik lisanslı olarak kullanılan ANSYS programı kullanılacaktır. Gerektiği durumda Makina Mühendisliği bölüm laboratuvarlarında bulunan E89 Pancar Motoru kullanılabilecek, tahribatsız muayene yöntemleriyle incelemeler yapılabilecektir. Kaynaklar: 1. Espadafor F. J., Villanueva J.B., Garcia M.T., "Analysis of a diesel generator crankshaft failure", Engineering Failuıre Analysis 16 (2009), 2333-2341 2. Bhaumik S.K., Rangaraju M.A., Venkataswamy M.A., Bhaskaran T.A., Parameswara M.A., "Fatigue fracture of crankshaft of an aircraft engine", Engineering Failure Analysis 9 (2002), 255-263 3. Wang Z., Xu J., Bao G., Zhang J., Fang X., Liu T., "Fabrication of high-power diesel engine crankshafts by electro-slag casting process", Journal of materials Processing Technology 182 (2007), 588-592 4. Asi O., "Failure analysis of a crankshaft made from ductile cast iron", Engineering Failure Analysis 13 (2006), 1260-1267 5. Silva F.S., "Analysis of a vehicle crankshaft failure", Engineering Failure Analysis 10 (2003), 605-616 6. Zissimos P.M., "A crankshaft system model for structural dynamic analysis of internal combustion engines", Computers and Structures 79 (2001), 2009-2027 7. Yu Z., Xu X., "Failure analysis of a diesel engine crankshaft", Engineering Failure Analysis 12 (2005), 487-495 8. Wang C., Zhao C., Wang D., "Analysis of an unusual crankshaft failure", Engineering Failure Analysis 12 (2005), 465-473 9. Ktari A., Haddar N., Ayedi H.F., "Fatigue fracture expertise of train engine crankshafts", Engineering Failure Analysis 18 (2011), 1085-1093 10. Bayrakçeken H., Tasgetiren S., Aksoy F., "Failures of single cylinder diesel engines crankshafts", Engineering Failure Analysis 14 (2007), 725-730