Elastohydrodynamické modely ložisek jako moduly virtuálního motoru

Elastohydrodynamic bearing models as virtual engine modules

dizertace

čeština

Vysoké nároky kladené v současné době na moderní pohonné jednotky nejen osobních automobilů vyžadují precizní přístup k řešení všech problémů již v prvních fázích vývoje. Vyspělé výpočtové prostředky i moderní hardwarové vybavení se tak stávají pravým nástrojem pro podporu kreativního myšlení strojního inženýra a umožňují smysluplně podchytit stále větší okruh řešené problematiky. Vysoký výkon, spolehlivost a kultivovanost chodu jsou jenom zlomkem požadavků, které vyžadují zákazníci stále se rozšiřujícího automobilového trhu a návrhové metody v této práci prezentované je velkou měrou pomáhají splňovat. Disertační práce se podstatnou částí zaměřuje na hydrodynamická ložiska, která představují vzájemný prvek interakce dvou nejvýznamnějších dílů spalovacího motoru - klikové hřídele a bloku motoru. Jelikož ovlivňují klíčové vlastnosti spalovacího motoru jako hluk, opotřebení a životnost, je nutné jim při návrhu věnovat náležitou pozornost. Matematický model hydrodynamického ložiska, v jednoduchých výpočtových modelech často reprezentované hodnotami tuhosti a tlumení, je vhodné implementovat do komplexního matematického modelu celé pohonné jednotky tzv. virtuálního motoru. Úvodní část práce uvádí matematické odvození Reynoldsovy hydrodynamické rovnice, která popisuje chování kluzného ložiska. Numerické simulace jsou provedeny na vozidlovém zážehovém pětiválcovém motoru, jehož hlavní komponenty jsou modelovány jako pružná tělesa. Jde o klikovou hřídel, blok motoru a ojnici. Je prezentováno pět variant vyvážení klikové hřídele, je ukázán také MKP model bloku motoru. Uvažováno je několik modelů kluzných ložisek. Jejich charakteristiky, použití a výstupní veličiny jsou přehledně uvedeny v textu. Další kapitoly se zabývají tvarem přívodního kanálku mazacího oleje a viskozitou mazacího oleje. Následuje sestavení klikového mechanismu z jednotlivých komponentů včetně dvou- a třírozměrných modelů kluzných ložisek. Zatížení klikového mechanismu je definováno silou od tlaku plynů působící na píst a je odvozeno z již existujícího motoru se stejnou válcovou jednotkou. Obsáhlá část práce je věnována prezentaci výsledků. Vzhledem k velkému množství vypočtených dat jsou ukázány pouze ty nejvýznamnější. Je kladen důraz na představení širokého spektra možností řešení. Graficky je znázorněno chování kluzného ložiska za použití olejů různých viskózních tříd a porovnání použitých modelů ložisek, kde jsou uvažovány 2D a 3D typy. Trajektorie středů čepů ložisek a polární diagramy jejich zatížení jsou rovněž v grafech zobrazeny. Velmi dobrou shodu naměřených a vypočtených hodnot ukazuje kapitola věnující se verifikaci výsledků. Ta je provedena pomocí laserové měřicí techniky. Doplňující informace se týkají geometrických charakteristik MKP modelů. Trajektorie středů čepů a polární diagramy jejich zatížení pro všech pět variant vyvážení klikových hřídelí v závislosti na otáčkách dokumentuje příloha řazená v závěrečné části práce.

xxx

plain bearing, hydrodynamic bearing, pin bearing trajectory, bearing load polar diagram, FE model reduction, MBS

DUNDÁLEK, R.

20. 3. 2006

Brno

127