تعیین توزیع نیروی پیش‌بار و عمر خستگی پیچهای سرسیلندر در موتور دیزل دریایی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

10.22044/jsfm.2020.9354.3117

چکیده

پیچ‌های سرسیلندر در موتور دیزل دور بالا میبایست با وجود نیروی پیشبار بالا علاوه بر الزامات استاندارد پیچ‌ها‌، تحت نیروهای سیکلی مکانیکی و حرارتی حد دوام بالایی داشته باشند و نیروی همبندی یکنواختی را جهت آب‌بندی به سرسیلندر وارد کنند. در پژوهش حاضر جهت بررسی عملکرد پیچ‌های ساخته شده، ابتدا نیروی پیچ‌ها نو و کارکرده در شرایط هم‌بندی سرد تخمین زده شد. سپس مقدار تغییر نیروهای پیچ در شرایط کارکرد گرم موتور با وجود بارهای سیکلی ناشی از احتراق محاسبه شد. از بحرانی‌ترین نیروی محاسبه شده جهت بررسی حد دوام پیچ در آزمون خستگی تک محوره استفاده شد. پیچ ساخته شده توانست تحت نیروهای ناشی از گرم شدن و احتراق موتور بیش از یک میلیون سیکل عمر کند که نشان از عمر بی‌نهایت قطعه در شرایط واقعی دارد. همچنین با بررسی اثر استفاده مجدد پیچ‌ها در فرایند نگهداری و تعمیرات مشاهده شد که نیروی پیش‌بار پیچ کارکرده نسبت به پیچ نو حدود 8% افزایش می‌یابد. بر اساس نتایج بدست آمده، توزیع یکنواخت نیروهای پیش‌بار نشان از دقت مناسب روش گشتاور- زاویه جهت هم‌بندی پیچ‌ها تا ناحیه تسلیم دارد و سبب بهبود فرایند آب‌بندی واشر سرسیلندر می‌شود. این نتیجه با آزمون تجربی کاغذ فوجی نیز تایید شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Motosh N (1976) Development of design charts for bolts preloaded up to the plastic range. J Eng Ind 98: 849-851.

[2] Ingeneure VD, VDI 2230 (2003) Systematic calculation of high duty bolted joints, VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion Vertrieb.

[3] Kim N, Hong M (2009) Measurement of axial stress using mode-converted ultrasound. NDT&E Int 42:164-169.

[4] Fukuoka T, Takaki T (2004) Evaluations of the tightening process of bolted joint with elastic angle control method. ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference 11-18.

[5] Bickford JH (2007) Introduction to the design and behavior of bolted joints: non-gasketed joints. CRC Press.

[6] Cho SS, Shin C, Lee C, Chang H, Lee K (2010) Assessment of an engine cylinder head-block joint using finite element analysis. Int J Automot Techn 11: 75-80.

[7] Croccolo D, De Agostinis M, Vincenzi N (2011) Failure analysis of bolted joints: Effect of friction coefficients in torque–preloading relationship. Eng Fail Anal 18: 364-373.

[8] Lei C, Song Y, Zhou Z, Xu W (2011) The loosing mechanism of screw bolts on the first wall graphite tiles in EAST. Fusion Engineering and Design 86: 1710-1713.

[9] Williams J, Anley R, Nash D, Gray T (2009) Analysis of externally loaded bolted joints: Analytical, computational and experimental study. Int J Pres Ves Pip 86: 420-427.

[10] Misra R (2012) Determine the Fatigue behavior of engine damper caps screw bolt. INT J COMPUT Res 2: 981-990.

[11] Marcelo A, Uehara A, Utiyama R, Ferreira I (2011) Fatigue properties of high strength bolts. Procedia Engineer 10:1297-1302.

[12] مرادی کلارده ش، حسینی س­و (1395) بررسی اثر استفاده از پیچ­های کارکرده بر ضریب اصطکاک و نیروی هم‌بندی سرسیلندر موتور دیزل دریایی. چهارمین کنفرانس ملی و دومین کنفرانس بین المللی پژوهش­های کاربردی در مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک، تهران.

[14] آتش زر ح، قادری س ه، حسینی س­و (1394) مقایسه منحنی مشخصه واشر سرسیلندر فلزی از دستگاه بارگذاری موضعی با شبیه سازی المان محدود. نهمین همایش بین المللی موتور های درونسوز.

[15] Lee YL, Ho HC (2012) Design and analysis of metric bolted joints, VDI Guideline and finit element analysis. Metal Fatigue Analysis Handbook, ElsevierPress.