Analiza wytrzymałościowa wału korbowego silnika tłokowego

Praca dotyczy numerycznej analizy naprężeń wału korbowego silnika tłokowego z zapłonem samoczynnym. Wał będący przedmiotem analizy został uszkodzony w trakcie eksploatacji silnika. W pierwszej części pracy opisano obciążenia działające na komponenty silników tłokowych oraz wyjaśniono przyczyny uszkodzeń zmęczeniowych mocno wytężonych części silnika. Następnie opisano budowę modelu numerycznego wału korbowego. W pracy wykorzystano skanowanie wału za pomocą ska-nera 3D w celu jak najwierniejszego odwzorowania jego geometrii. Uzyskaną chmurę punktów przetworzono następnie na model bryłowy, który w kolejnym kroku poddano dyskretyzacji. W dalszym etapie zdefiniowano złożone warunki brzegowe i obciążenia działające na wał korbowy, występujące w trakcie pracy silnika. W definicji obciążeń uwzględniono siły pochodzące od nacisku gazów spalinowych na powierzchnię tłoka. Dodatkowo zdefiniowano siły masowe związane z ruchem obrotowym wału. Wykorzystując metodę elementów skończonych określono następnie poziomy naprężeń w wale korbowym silnika pracującego z maksymalną mocą. W ostatniej części pracy sformułowano wnioski końcowe o charakterze ilościowym oraz jakościowym, wynikające z realizacji pracy.

In this paper the results of nonlinear stress analysis of the crankshaft of piston engine were performed. In first part of the study the real crankshaft geometry was scanned with the use of 3D optical scanner. On the base of obtained geometry the discrete model of crankshaft was created. The complex loads and boundary condition were next defined to considered component. As a result of calculations using finite element method, the stress distribution in the crankshaft was obtained. Obtained results showed that the maximum stress area occurs onto surface of crank pin no. 4, near the oil hole. The crack was detected just in the same zone in shaft. The main conclusion resulting from this work is that the oil hole position should be changed in order to both decrease the stress concentration and increase the fatigue life of the crankshaft.