Numerical Damage Analysis of Main Bearing used in Crankshaft

Öz

The main bearing used in a crankshaft is a part of the engine used to support the crankshaft and allow it to rotate. It is usually located in the engine block and provides the appropriate surfaces for crankshaft bearing. These bearings are usually made of metal alloys designed to provide high durability and friction resistance. They ensure correct alignment of the crankshaft and long life and efficient engine operation. In main bearing systems, the friction resistance between the bearing and shaft surfaces is desired to be at minimum level. To achieve this, rolling elements or a lubricant that creates a frictional force between the surfaces are used. Nowadays, studies to improve the tribological performance of the main bearings used in the crankshaft are still ongoing. For this purpose, in this study, numerical damage analysis of the loads that the main bearing part, which is in constant friction with the crankshaft in the engine block, is subjected to during engine operation, has been carried out. By applying forces to certain parts of the bearing at the points acting on the bearing surface of the part, static analysis, Von Mises stresses, strain, stress and deformation analyzes were performed in detail, and numerical damage analysis of the main bearing, whose material is alloy steel, was performed. The data obtained are interpreted in the conclusion part of the study. In the results of the study, the factors that should be considered in the design of the main bearing for efficient and long-lasting operation of the motor and the main bearing design are discussed.

Anahtar Kelimeler

• Finite element analysis
• Material design and behavior
• Plain bearings
• Stress
• Wear
• Damage analysis

Krank Milinde Kullanılan Ana Yatağın Nümerik Hasar Analizi

Öz

Krank milinde kullanılan ana yatak, motorun krank milini desteklemek ve dönmesini sağlamak için kullanılan bir parçadır. Genellikle motor bloğunda bulunur ve krank milinin yataklanması için uygun yüzeyleri sağlar. Bu yataklar genellikle yüksek dayanıklılık ve sürtünme direnci sağlayacak şekilde tasarlanmış metal alaşımlarından imal edilir. Krank milinin doğru hizalanmasını, motorun uzun ömürlü ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Ana yatak sistemlerinde yatak ile mil yüzeyleri arasında oluşan sürtünme direncinin minimum düzeyde olması istenir. Bunu sağlamak için, yüzeyler arasında sürtünme kuvveti oluşturan yuvarlanma elemanları ya da bir yağlayıcı madde kullanılır. Günümüzde, Krank milinde kullanılan ana yatakların tribolojik performanslarını arttırmaya yönelik çalışmalar halen devam etmektedir. Bu amaçla, çalışmada motor bloğunda bulunan krank mili ile sürekli sürtünme halinde olan ana yatak parçasının motor çalışırken maruz kaldığı yüklerin nümerik hasar analizi yapılmıştır. Parçanın yatak yüzeyine etki eden noktalarda yatağın belirli bölgelerine kuvvetler uygulanarak statik analiz, Von Mises gerilmeleri, şekil değiştirme, gerilme ve deformasyon analizleri detaylı bir şekilde yapılarak, malzemesi alaşımlı çelik olan ana yatağın nümerik hasar analizi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler çalışmanın sonuç kısmında yorumlanmıştır. Çalışmanın sonuçlarında, motorun verimli ve uzun ömürlü çalışabilmesi için ana yatak tasarımında dikkat edilmesi gereken faktörler ve materyal seçiminin etkileri detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Bu analiz, motor tasarımcılarına, ana yatakların performansını iyileştirmeye yönelik önerilerde bulunulmasına olanak sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Sonlu elemanlar analizi
• Malzeme tasarım ve davranışları
• Kaymalı yataklar
• Gerilmeler
• Aşınma
• Hasar analizi

Kaynakça

1. 1. Dikmen, F., 2018. Makine elemanları-2, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
2. 2. Karl, H.V., Heinz, D., 1982. Maschinen elemente gestaltung und berechung, München.
3. 3. Temiz, V., Ders notları. İstanbul Teknik Üniversitesi.
4. 4. Adin, H., 2016. Hasar analizi ders notları. Batman Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Mekanik Bilim Dalı.
5. 5. Uzuner, F., Gediktaş, M., 2004. Salınım hareketi yapan radyal kaymalı plastik yataklarda sürtünme. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik, 3(6), 91-98.
6. 6. Çuvalcı, H., 2001. Çinko-alüminyum esaslı ticari ZA-27 kaymalı yatağının sürtünme davranışının incelenmesi. Türk J Engin Environ Sci., 25, 199-204.
7. 7. Adatepe, H., Cengil, M., Güneş, B., 2012. Statik yük altındaki kaymalı yataklarda sürtünme katsayısının teorik ve deneysel olarak belirlenmesi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 9(1), 25-34.
8. 8. Canbulut, F., Erdoğuş, H.B., 2021. Genetik algoritma yöntemiyle dairesel cepli hidrostatik kaymalı yatakların optimizasyonu. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 33(1), 39-48.

9. 9. Artun, Y., 2020. Hidrodinamik radyal kaymalı yataklarda basınç dağılımının incelenmesi. Muş Alparslan Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 1(1), 30-36.
10. 10. Güler, Ö.N.C.Ü., Durak, E., 2021. Statik yüklü radyal kaymalı yataklarda hidrodinamik yağlamanın analizi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(1), 167-175.
11. 11. Solmaz, E., 2000. Eksenel hidrostatik kaymalı yatakların optimum tasarımı. Doktora tezi. Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
12. 12. Baş, H., 2022. Hidrodinamik radyal kaymalı yataklarda yüzey pürüzlülüğünün sürtünme davranışları üzerindeki etkilerinin incelenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(3), 877-887.
13. 13. Toklar, A., 2003. Eksenel kaymalı yatakların performans karakteristiklerine deformasyonun etkisi Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
14. 14. Polat, A., 1996. Oynak lokmalı eksenel hidrodinamik kaymalı yataklarının davranışının sayısal olarak belirlenmesi için yeni bir algoritma. Doktora tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
15. 15. Adin, H., Ergün, R.K., Adin, M.Ş., 2022. Computer aided numerical damage analysis of the axle shaft. European Mechanical Science, 6(3), 201-206.
16. 16. Adin, H., Yıldız, B., Adin, M.Ş., 2021a. Numerical investigation of fatigue behaviours of non-patched and patched aluminium pipes. European Journal of Technique (EJT), 11(1), 60-65.
17. 17. Adin, H., Adin, M.Ş., Akgül, S., 2021b. Araçlarda kullanılan fren diskinin sonlu elemanlar yöntemiyle hasar analizi. International Symposium on Engineering, Natural and Social Sciences (ISENS‐21), 25‐28 November 2021, Batman, Turkey.
18. 18. Yıldız, B., Adin, M.Ş., İşcan, B., Seven, B., 2018a. Motorlarda kullanılan kam milinin nümerik hasar analizi. 1st International Engineering and Technology Symposium (IETS 2018), 3-5 May 2018. Batman, Turkey.
19. 19. Yıldız, B., Adin, M.Ş., Adin, H., İşcan, B., 2018b. Daire testere makinesinde kullanılan milin nümerik hasar analizi. 1st International Engineering and Technology Symposium (IETS 2018), 3-5 May 2018. Batman, Turkey.
20. 20. Makaracı, M., Bayraklılar, M.S., 2024. Unveiling stress mitigation and lifespan extention strategies for spherical elastomeric bearings in aerospace applications. Strength of Materials, 1-15.
21. 21. Koçak, M.T., Bayraklılar, M.S., 2023. Mechanical shaft optimization: A study on static structural analysis and topological optimization in ANSYS. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 7(3), 541-549.
22. 22. Özbakış, M., 2023. Ağır seri ticari araçlarda kullanılan kardan millerinin yorulma davranışlarının nümerik ve deneysel yöntemlerle belirlenerek yorulma dayanımlarını arttırmaya yönelik parametrelerin saptanması. Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
23. 23. Nişancı, D.Ş., 2021. Şase yorulma parçalarından olan motor beşiğinin alüminyum ekstrüzyon metodu ile tasarımı ve kaynak edilmesinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
24. 24. Arslan, B., 2019. AISI 304 paslanmaz çeliğin işlenmesinde farklı talaş kırıcı formlarının kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel olarak incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Konya Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
25. 25. Norelem Normelemente GmbH & Co. KG, https://www.norelem.com.tr, Erişim tarihi: 02.04.2024.
26. 26. Sağlam, Z., Yıldız, B., Adin, M.Ş., Adin, H., Seven, B., 2018. Yaprak yayların nümerik metotlar yardımıyla hasar analizi. 1st International Engineering and Technology Symposium (IETS 2018), 3-5 May 2018. Batman, Turkey.