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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Análise dinâmica de um mecanismo biela-manivela com folgas nas juntas pino-pistão e pistão-cilindro
Title Alternative: Dynamic analysis of a slider-crank mechanism with clearances in the piston-pin and piston-cylinder joints
Author: Selegatto, Lucas Tavares, 1991-
Advisor: Daniel, Gregory Bregion, 1984-
Abstract: Resumo: Este trabalho apresenta a modelagem do mecanismo biela-manivela de um motor de combustão interna com folgas nas juntas pino-pistão e pistão-cilindro. Considera-se o preenchimento de óleo em tais folgas, cujo comportamento é avaliado de acordo com a teoria de lubrificação hidrodinâmica de Reynolds, a qual permite o conhecimento do campo de pressão do fluido e, consequentemente, das forças que este transmite aos corpos. Para a realização deste cálculo, empregou-se um procedimento numérico de solução, tendo sido feita escolha pelo método dos volumes finitos. Ademais, por meio de um modelo de liberação finita de calor, foi determinada a força proveniente da explosão da mistura ar-combustível no interior dos cilindros, em função da posição angular da manivela. Adicionou-se ainda o efeito do atrito viscoso no pistão, oriundo do cisalhamento do filme de óleo. Assim, estes esforços foram incluídos em um modelo do sistema, obtido pela metodologia da dinâmica de multicorpos, com base na equação de Lagrange. Concluída a caracterização do mecanismo, foram feitas simulações computacionais de seu comportamento em serviço. Primeiramente, foi realizada uma comparação de malhas para obtenção da melhor discretização, considerando o custo computacional empreendido, bem como a acurácia dos resultados. Então, para o mecanismo livre de excitações externas, foi avaliada a influência de parâmetros geométricos das juntas lubrificadas na resposta do sistema. Na sequência, foram introduzidos esforços externos oriundos de dissipação viscosa e da explosão nos cilindros. Para estas simulações, avaliou-se a influência dos parâmetros geométricos sobre as perdas no sistema. Em todas as simulações, as respostas foram analisadas tanto do ponto de vista micro, representado pela órbita do pino e pela trajetória do pistão, quanto do macro, com base na curva de velocidade da manivela, em regime permanente. A partir das simulações com o mecanismo livre, constatou-se que a geometria de cada junta tende a alterar principalmente seu próprio comportamento, havendo pequena influência do pino sobre o pistão. Já para o mecanismo com excitações, observou-se efeitos significativos na junta pino-pistão, causados por mudanças na geometria da junta pistão-cilindro, a qual foi a mais influente sobre as perdas mecânicas do sistema

Abstract: This work presents the modeling of an internal combustion engine¿s rod-crank mechanism with clearances in the piston-pin and piston-cylinder joints. The oil filling in such clearances is considered, and its behaviour is assessed according to Reynolds hydrodynamic lubrication theory, which allows the determination of the fluid¿s pressure and, consequently, the forces that it transfers to the components. In order to make these calculations, a numerical solution procedure had been applied and the Finite Volumes Methods was chosen. Moreover, throughout a finite heat release model, the force arising from the explosion of the air-fuel mixture inside the cylinder was evaluated, as a function of the crank angular position. The effect of viscous friction on the piston, due to the oil film shearing, was also added. Thereby, these loads were included in a model of the system, obtained from the multibody methodology, based on Lagrange¿s energy equation. Once the mechanism description was concluded, some computational simulations of is behaviour in service were performed. Firstly, in order to evaluate the best discretization for the problem, a mesh comparison was performed, regarding the computational cost and the accuracy of the results. Then, the significance of the joint¿s geometric parameters over the system response was analyzed through simulations without external excitations. Afterwards, the effects of viscous friction and explosion force on the piston were introduced, and the influence the geometric parameters of the joints over the power losses of the system could be investigated. In all the simulations executed, the results were inspected from both micro and macro points of view, which were represented, respectively, by the pin and piston trajectories and by the velocity curve of the crank, in a steady state condition. From the simulations with the forces-free system, it was confirmed that the geometric features of the joints affected primarily their own response, with a small influence of the pin over the piston. With the inclusion of external forces, important effects were perceived on the piston-pin joint, due to changes in geometric parameters of the piston-cylinder joint, which was the most influent on the system¿s mechanical energy losses
Subject: Automóveis - Motores - Sistemas de lubrificação
Motores de combustão interna
Mecanismo - Projeto
Mancais
Dinâmica
Editor: [s.n.]
Citation: SELEGATTO, Lucas Tavares. Análise dinâmica de um mecanismo biela-manivela com folgas nas juntas pino-pistão e pistão-cilindro. 2016. 1 recurso online (156 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/321635>. Acesso em: 31 ago. 2018.
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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