Σχεδιασμός σε κόπωση ελατηρίων βαλβίδων μηχανής εσωτερικής καύσης

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννιώδης, Ευάγγελος
• Άλλοι συγγραφείς: Gianniodis, Evangelos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Μηχανισμός βαλβίδων; Κάμα; Ελατήρια; Κόπωση; Valve mechanism; Stress

Στην εργασία αυτή γίνεται μελέτη και ανάλυση ενός μηχανισμού βαλβίδων μεταβλητού χρονισμού από κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αρχικά γίνεται λεπτομερή ανάλυση των εξαρτημάτων που συντελούν έναν μηχανισμό βαλβίδων και μελέτη των χαρακτηριστικών τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο ελατήριο του μηχανισμού βαλβίδων, καθώς και στην αντοχή του σε κόπωση. Για το λόγο αυτό αναπτύσσεται η μεθοδολογία σχεδιασμού και ανάλυσης ελικοειδούς ελατηρίου. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η τεχνολογία μεταβλητού χρονισμού, καθώς και εφαρμογές της από διάφορες αυτοκινητοβιομηχανίες. Έπειτα αναλύεται η μεθοδολογία ανάπτυξης προφίλ κάμας με χρήση βασικών κινηματικών καμπύλων, καθώς επίσης επισυνάπτονται τα μεγέθη ενδιαφέροντος και τα χαρακτηριστικά αυτών προκειμένου ο μηχανισμός να λειτουργεί αποτελεσματικά. Στο σημείο αυτό γίνεται ανάπτυξη δύο διαφορετικών προφίλ κάμας με χρήση διαφορετικών κινηματικών καμπύλων στο λογισμικό Analytix. Αφού εισάγουμε τον μηχανισμό VTEC του κινητήρα Β16Α στο σχεδιαστικό πρόγραμμα Catia, απομονώνουμε το τμήμα εισαγωγής βαλβίδων για έναν κύλινδρο και εφαρμόζουμε τις απαραίτητες τροποποίησης, ώστε στη συνέχεια ο μηχανισμός να μεταφερθεί στο πρόγραμμα ADAMS, όπου γίνεται συνδεσμολογία και μοντελοποίηση του μηχανισμού, με τέτοιο τρόπο ώστε να πλησιάζει τον πραγματικό. Κατά την επεξεργασία του μηχανισμού δίνεται η επιθυμητή κίνηση στην είσοδο του μηχανισμού και εκτελούνται μια σειρά από προσομοιώσεις για τα δύο διαφορετικά προφίλ κάμας, εξάγοντας τα επιθυμητά διαγράμματα. Τέλος αξιολογούνται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και παρουσιάζονται τρόποι με τους οποίους μπορεί να γίνει βελτίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του μηχανισμού. Στη συνέχεια γίνεται σχεδιασμός ελικοειδούς ελατηρίου στο λογισμικό Catia, η γεωμετρία του ελατηρίου σχεδιάστηκε βάση των χαρακτηριστικών λειτουργίας του μηχανισμού βαλβίδων VTEC. Έπειτα η γεωμετρία αυτή επεξεργάστηκε στο λογισμικό Ansys για τον προσδιορισμό των επιθυμητών αποτελεσμάτων με χρήση δύο διαφορετικών υλικών σύρματος. Εξάγοντας τελικά τις αναπτυσσόμενες τάσεις και παραμορφώσεις του ελατηρίου, όπως επίσης τις ιδιομορφές και ιδιοσυχνότητες του ελατηρίου. Τέλος καθορίζεται η αντοχή σε κόπωση, υπολογίζοντας την εναπομένουσα ζωή στο εσωτερικό των σπειρών του ελατήριου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον δίνεται στον υπολογισμό της εναπομένουσας ζωής με την μέθοδο υπολογισμού κύκλων Rainflow για το ιστορικό φόρτισης του μηχανισμού, καθώς με αυτόν τον τρόπο μπορεί να υπολογιστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια η αντοχή του ελατηρίου σε κόπωση. Αξιολογώντας τα δύο υλικά, καταλήγουμε στο καταλληλότερο προς χρήση για τον μηχανισμό. Κλείνοντας γίνεται αναφορά της βιβλιογραφίας που χρησιμοποιήθηκε στα διάφορα σημεία τη εργασίας.