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Slider-crank mechanism modelling with clearance at piston-pin revolute joint

By Vitor Luiz Reis

Abstract

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca DediniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo dinâmico para o mecanismo biela-manivela com folga na junta de revolução pino-pistão. As equações do movimento para este sistema são obtidas através do método de Lagrange e os efeitos relacionados ao contato, atrito e lubrificação que atuam nos elementos com folga são alvo de estudo. O modelo da força de contato utilizado baseia-se na formulação de Hertz, considerando a inclusão do efeito dissipativo associado ao impacto entre o pino e o pistão. A força de atrito adotada baseia-se no atrito de Coulomb, porém adaptada à abordagem da dinâmica multicorpos. Tais modelos são validados com os resultados encontrados na literatura recente. A pesquisa apresenta contribuição na avaliação do efeito introduzido pela lubrificação hidrodinâmica na junta com folga. Dois modelos de lubrificação hidrodinâmica são avaliados: o primeiro apresenta uma solução direta e de baixo custo computacional; o segundo modelo obtém uma solução numérica que leva em consideração o efeito da aceleração imposta ao fluido lubrificante pelo movimento do mecanismo. A resposta dinâmica é obtida sob a variação paramétrica do tamanho da folga e a velocidade de rotação da manivela. Ao final, agrega-se ao sistema um modelo simplificado de geração da curva de pressão para um motor de combustão interna típico. Observou-se que a inclusão do modelo de lubrificação proposto não garante a sustentação do pino-pistão em regime de lubrificação hidrodinâmica durante as simulações efetuadas. Desta maneira, faz-se necessário o desenvolvimento de um modelo de lubrificação hidrodinâmica e elastohidrodinâmica capaz de determinar o comportamento no contato pino-pistão de maneira mais realistaAbstract: This work presents the development of a dynamic model for the slider-crank mechanism with clearance on the piston-pin revolute joint. The equations of motion for this system are obtained by Lagrange's method and the effects related to contact, friction and lubrication at the elements that operate in the clearance are the targets of study. The contact force model used in this work is based on Hertz formulation, considering the inclusion of the dissipative effect associated with the impact between the pin and the piston. The frictional force adopted is based on the Coulomb friction but adapted to the multibody dynamics approach. Such models are validated with the results found in recent literature. The research presents contribution in evaluating the effect introduced by hydrodynamic lubrication in the revolute joint clearance. Two models of hydrodynamic lubrication are investigated: the first model presents a direct solution of low computational cost, the second model results in a numerical solution that consider the effect of the acceleration of the lubricant fluid imposed on the movement of the mechanism. The dynamic response is studied for different sets of parameters of clearance and rotational speed of the crank. Moreover, a simplified model of the generation of the pressure curve for a typical internal combustion engine was included in the system. It was observed that the present lubrication model does not guarantee the support of the pin-piston system for hydrodynamic lubrication in the present simulations. Therefore, it is necessary to develop a more realistic model of hydrodynamic lubrication and elastohydrodynamic lubrication that is capable of reproducing the behavior of the piston-pin contactMestradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoMestre em Engenharia Mecânic

Topics: Automóveis - Motores - Sistemas de lubrificação, Mecânica do contato, Motores de combustão interna, Automobiles - Engines - Lubrication systems, Contact mechanics, Internal combustion engines
Publisher: [s.n.]
Year: 2018
OAI identifier: oai:repositorio.unicamp.br:REPOSIP/263031
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