07-Hlavacek_vypocty_motory

Transkript

Vývoj motoru - výpočty
Pavel Hlaváček
Škoda Auto, TPC (Technické centrum - agregáty)
3.12.2010
Radek Petera
Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2,
který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem ČR.
Přehled výpočtů používaných ve Škoda Auto při vývoji motoru
- výměna náplně válce, termodynamické výpočty prac. cyklu
- rozvodový mechanismus
- klikový mechanismus
- blok motoru
- hlava válců
- výfukové potrubí
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
1D - proudění
1D – výpočetní model (GT-Power)
Výsledek – doporučení navrhované konfigurace motoru k ověření
Průtok vzduchu
Moment
Spotřeba
Optimalizace
Oveření naladění modelu s měřením
Průtok vzduchu
Moment
Spotřeba
- zdvih ventilu
- doba otevření ventilu
- časování
- geometrie sacího a výfukového
traktu
- komprese
- vyosení klikového mechanismu
-…
rozvodový mechanismus - kinematická analýza
Tečná síla působící na ventil
6
4
0
500
550
600
650
700
750
800
850
900
Úhel VH
-2
-4
Síla působící na HVA
-6
500, 00
130, 00
Síla na HVA
Úhel síly na HVA
120, 00
400, 00
110, 00
100, 00
200, 00
90, 00
80, 00
100, 00
70, 00
0, 00
500
550
600
650
700
750
800
850
900
60, 00
Úhel VH
- 100, 00
50, 00
Úhel síly na HVA
300, 00
Síla na HVA
Tečná síla
2
rozvodový mechanismus – návrh profilu vačky
rozvodový mechanismus – dynamická analýza
MKS-nelineární vent. pružina
MKS - ADAMS
CAD + CDS
500
f2 = 629Hz
(Measurement 630Hz)
450
Intake valve
15
80
Lift
Velocity
Acceleration
400
F2stat = 348N
F o rce (N )
Force (N)
300
250
M eas urem ent
M odel
200
150
60
10
Lift (mm), velocity (mm/rad)
350
f1 = 536Hz
(Measurement 523Hz)
F1stat = 170N
40
5
20
0
0
0
20
40
60
80
100
120
-20
-5
Acceleration (mm/rad2)
FEM - ANSYS
-40
100
-10
-60
50
-15
-80
0
15
20
25
30
35
Angle (deg)
40
Spring
length
Sp r in
g le n g
th (m (mm)
m)
Modální tvary
f2
f1
Výsledky
…
fn
Valve lift
Lift (mm)
Contact pressure
950
900
Intake
Pressure (N/mm2)
Měření
Ověření naladění modelu
850
Exhaust
800
750
700
650
Valve acceleration 6000 min-1
600
24
0
1000
2000
Measurement
Calculation
3000
4000
5000
6000
Speed (rpm)
Ventilhub
12
Speed (rpm)
Angle (deg)
Spring force
Force (N)
6
Contact force cam - roll
0
1600
1400
-6
0
180
Intake
800
Angle of camshaft
Exhaust
1200
Measurement
1000
600
FFT Vergleich
Force (N)
Calculation
Amplitude
Acceleration
18
400
800
600
400
200
200
0
100
0
0
Angle (deg)
120
140
160
180
200
40
Harmonic order
-200
Angle (deg)
220
240
260
Speed (rpm)
rozvodový mechanismus – dynamická analýza
Zrychlení ventilu při 6000 min-1
24
Měření
Výpočet
Zrychlení ventilu
18
12
6
0
0
180
-6
Pootočení VH
800
Fourierův rozklad zrychlení ventilu
Amplituda
Měření
Výpočet
0
0
Řád harmonické
40
klikový mechanismus – kliková hřídel
Modální
souřadnice
EHD
Modální tvary
FEMFAT
q1(t)
Reynold´s equation:
tvar 1
  3  p  D   3  p  6η  H
 H
2
H
 
 ωB

H

     B   Z   Z  ψ 2 

 t 
2
q2(t)
φ2
MBS - ADAMS
…
φn
σ2
…
0
20000
0.50
15000
10000
0.45
0
-5000
Main bearing 1
-10000
Main bearing 2
-15000
-20000
-20000
-25000
10000
20000
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
90
180
270
360
30000
angle (deg)
450
σn
540
630
720
0.00
1000
qn(t)
Safety factor of crankshaft EA111
0.05
0
0
tvar n
4
3.75
3.5
0.35
Main bearing 4
q2(t)
Koeficient bezpečnosti
0.40
Main bearing 3
-30000
horizontal force (N)
 qi
safety factor
0.55
force (N)
0.60
25000
crank angle (deg)
vertical force (N)
30000
5000
-10000
i
Speed oscillation
Main bearing reaction
10000
f
σ2
σn
Výsledky dynamické analýzy
20000
M
i 1
Modální napětí
Polar diagram at critical speed
30000
-10000
tvar 2
…
u 
σ1
-20000
q1(t)
qn(t)
FEM - ANSYS
-30000
-30000
σ1
…
φ1
1500
2000
2500
3000
3500
speed (rpm)
4000
4500
5000
5500
3.25
3
2.75
2.5
2.25
2
1.75
1.5
1.25
1
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
speed (rpm)
4500
5000
5500
6000
klikový mechanismus – kliková hřídel
klikový mechanismus – kluzná ložiska
Únosnost ložiska
celkový tlak
Ztráty třením
tlak při polosuchém tření
P  2   μ  r 3  ω2 
Síla přenášená ojnicí
Ztrátový výkon
Ohybové napětí na pánvičce
b
h
Výpočet faktoru bezpečnosti
Critical cutting plane method
Hypotéza ekvivalentního napětí
Bunch of cutting planes
for bi-axial stress
• Normal
• Character.
shear
2D/3D
• Character.
equival. etc.
Modifikovaný
Haighdiagram pro
jednotlivé uzly
Časový průběh ekvivalentího napětí
Kritický bod
zatížení
Body zatížení
Haighdiagram pro
vzorek
klikový mechanismus – ojnice
Rozložení napětí
s přesahem
Ojnice
Druck
Klik. hřídel
Lož. pánve
s přesahem
Šroub
s předpětím
Rozložení faktorů
bezpečnosti
Zug
Zatížení tahem
Pouzdro
Montage
Montáž
Pístní čep
Zatížení tlakem
Píst
blok motoru + hlava válců
FEM – Stanovení rozložení teploty
Výpočet proudění va vodním plášti
Koeficienty přestupu tepla
FEM-Model
Montáž
Montáž + Teplota
Montáž + Teplota
+ Spalování
blok motoru + hlava válců
hlava válců – rozložení teploty na sedle a ventilu
900
správně nalisované sedlo
800
Teplota na povrchu ventilu
špatně nalisované sedlo
700
600
500
400
300
200
Sedlo
100
0
Spalovací prostor
-15
0
Výfukový kanál
15
Vodítko
30
45
Olej
60
75
90
Teplota na sedle
špatně nalisované sedlo
správně nalisované sedlo
0°
Obvod sedla
360°
105
blok motoru – deformace vložky válců
Celk. def.
1. řád
2. řád
3. řád
4. řád
5. řád
6. řád
blok motoru – uložení klikové hřídele
Výpočet zatížení
FEMFAT TransMAX
Zatížení
Reakční síly v ložisku
EHD
Výpočet faktoru
bezpečnosti
Reynold´s equation:
  3  p  D   3  p  6η  H
 H
2
H
 
ω

H

     B   Z   Z  ψ 2  B 
 t 
2
Zatížení 2
1000
6000
MKS - ADAMS
2000
3000
Zatížení 2.
speed
3rd maon bearing reaction
4000
odlitek
(rpm)
Zatížení 4
30000
25000
opracování
20000
kontatní plocha
Zatížení 3.
15000
10000
…
vertical force (N)
5000
• víceosé napětí
• definice materiálu
• popis povrchu
5000
0
x
p_max
-5000
Zatížení1.
-10000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
horizontal force (N)
15000
y
Zatížení n
FEM – stanovení napětí
+
Nr.
zatížení
1
montáž
2
Zat. 1.
3
Zat. 2.
4
Zat. 3.
....
....
n
Zat. n-1
Rozložení napětí pro všechna zatížení
=>
Faktor bezpečnosti
výfukové potrubí
Měření FUJI-Folie
250
tlak
200
150
100
Výpočet
50
0
0, 00
0, 20
0, 40
0, 60
0, 80
1, 00
1, 20
posuv
Rozložení teploty
Napětí
Plastické deformace
Děkuji za pozornost

07-Hlavacek_vypocty_motory

Transkript

Podobné dokumenty

Vývoj motoru - výpočty

zde - K616 FD ČVUT

Řešení únavové analýzy na základě MKP dat

Ocelové kotvy

Skacel, Kuchar, Hlavacek: Analyzy klikovych hrideli

Expresní kotva EXA

Star 224 - AZ Pohony