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