تحليل مفهومي استحكام شاتون به كمك روش جرم هاي متمركز

Conceptual Analysis of Connecting Rod Strength Using Lumped Mass Method

در اين پژوهش، سينماتيك، ديناميك و استحكام يك شاتون موتور خودرو مطالعه مفهومي مي­ شود. با بكارگيري روش پيشنهادي جرم­هاي متمركز ممان اينرسي، گشتاور و نيروهاي وارد بر مقاطع دلخواه ساق محاسبه مي ­شود. اين روش امكان محاسبه خصوصيات هندسي جرم­هاي غيرمتمركز را به سادگي فراهم مي ­آورد. محاسبه مفهومي، بستر مناسبي براي بهينه­ سازي قطعه در گام­هاي طراحي و صرفه جويي در هزينه دراز مدت شبيه ­سازي­هاي عددي خواهد بود. بر اين اساس، اثر مشخصه ­هاي نحوه­ ي توزيع جرم و هندسه مقطع ساق شاتون بر رفتار استحكامي بررسي مي­گردد. ارتفاع بهينه، زاويه­ ي بحراني و اثر ضخامت مقطع ساق شاتون بررسي مي­شود. جهت كمينه نمودن نيروهاي محوري و عمودي و گشتاور وارد بر لنگ، مكان بهينه مركز جرم به ترتيب در حدود 0/22 و 0/105 فاصله ­ي مراكز چشمه­ ها از محل چشمه­ ي بزرگ بدست آمد. اين امر با توصيه قرار گرفتن مركز جرم در كمتر از يك‌سوم طول شاتون از مركز چشمه­ ي كوچك مراجع هم خواني دارد.

In this study, kinematic, dynamic and strength of connecting rod is conceptually investigated. The inertia momentum of arbitrary connecting rod cross section and the magnitude of applied force and moment, are determined using the proposed lumped mass method. The method enables one to evaluate the geometrical characteristics of continues mass. Conceptual calculations could lead to structural optimization in detailed design steps and save the long-term costs during numerical simulation processing. Based on the proposed method, effects of mass distribution and cross section on connecting rod strength are investigated. Optimum height, critical angle and shank part sections thicknesses are studied. In order to minimize axial and normal loads and moment on crank shaft, optimum mass center location is obtained at 0.22 and 0.105 of total distance between two ends from large end respectively. These were considered in accordance with literatures’ recommendation about location of mass center at one-third of connecting rod’s length from small end.