بهینه‌ سازی منحنی بادامک ها و پره های موتور دوار پره ای بر اساس تحلیل دینامیکی

نویسنده

دانشگاه مالک اشتر

چکیده

موتور دوار پره‌­ای، نوع جدیدی از موتورهای احتراق داخلی است که با دارا بودن تعداد بیشتری محفظه احتراق نسبت به موتورهای معمولی، می­تواند در هر دور چرخش محور خروجی، احتراق­‌های زیادتری ایجاد و توان بسیار قویتر تولید نماید و این در حالی است که وزن این موتور در توانی برابر با سایر موتورها، بسیار کمتر است. این موتور از چهار قسمت اصلی محور دوار، بادامک­، پره­ و پوسته تشکیل می‏شود. برخی از مسائل اصلی در طراحی این نوع موتور، بررسی تعداد پره­ها و مباحث گرمایی آن­ها­­ست که تاکنون کارهای اندکی در این زمینه­‌ها انجام شده است. یکی دیگر از مسائل اساسی در طراحی این موتور، با توجه به اینکه دور عملکردی آن­ حدود 7000 د.د.د. است، ایجاد مسیر مناسب برای حرکت روان پره­ها روی بادامک­‌ها و مهار تنش در منطقه تماس پره­‌ها با بادامک­‌هاست. شتابی که منحنی بادامک برای پره‌­ها ایجاد می­‌کند باعث ایجاد نیروی لختی در پره‌­ها و متعاقباً ضربه زدن به بادامک­‌ها و ایجاد تنش در آن­ها می‏‌شود. بنابراین هراندازه شتاب کمتری در پره­‌ها ایجاد شود، تنش‌­ها کمتر خواهد بود که نتایج نشان می­دهد با کاهش 8% شتاب، تنش به مقدار 12% کاهش می­یابد. در این مقاله به بررسی منحنی­‌های مختلفی که از آن­ها در ساخت بادامک­ها استفاده می‏شود، پرداخته و بهترین منحنی­ از نظر کمتر بودن شتاب و تکانه و تنش ایجاد شده در موتور و همچنین بزرگتر بودن نسبت تراکم ایجاد شده انتخاب می‏شود. علاوه بر منحنی بادامک­‌ها، جرم پره نیز نقش مهمی در ایجاد تنش دارد و سبک­تر شدن آن باعث کاهش تنش در مجموعه بادامک و پره­ می‏شود. به منظور کاهش جرم دو روش تغییر جنس و توخالی کردن پره در پیش گرفته می‏شود. نتایج نشان می­دهد با تغییر جنس پره از فولاد به تیتانیوم تنش به مقدار 29% و با توخالی کردن پره، تنش به مقدار 24% کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Cam-Follower Curve of Rotary Vane Engine on Dynamic Analysis

نویسنده [English]

  • Masud Hashemi
چکیده [English]

A rotary vane engine is a new type of internal combustion engine having more combustion chambers in comparison to common engines; more combustion would be caused by it in each revolution of the crankshaft. Therefore a high amount of power can be generated while the mass of this engine is less than others. A rotary vane engine consists of four main parts including rotor, cams, vanes, and housing. Some of the critical points in designing this engine include the determination of the optimum number of vanes and thermal issues; it should be mentioned that little research has been performed in this field in previous publications. Generating a proper path for the vane to move freely on the cams and control stress where vanes contact cams, is another important factor in the design of this kind of engine because its operating speed is about 7000 rpm. Vane’s acceleration resulting from cam profile would lead to an inertia force in vanes; this force would have an impact on cams and also would lead to stress generation. Therefore, the less acceleration is created in the blades, the fewer stresses will be, which the results show that with a decrease of 3.7% acceleration, the stress is reduced by 12%. In this paper, we study the different curves that are used in the construction of the cams, and the best curve in terms of lower acceleration, momentum, and stress created in the engine, as well as a higher compression ratio. Is selected. In addition to the curve of the cams, the mass of the blade also plays an important role in creating stress, and its lightness reduces the stress in the set of cams and blades. To reduce the mass, two methods of changing the sex and hollowing the blade are used. The results show that by changing the blade material from steel to titanium, the stress is reduced by 29%, and by hollowing the blade, the stress is reduced by 24%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rotary vane engine
  • Cam curve
  • Cycloidal curve
  • 3-4-5 poly nominal
[1]  Clark.  N.  N,  Smith.  J.  E,  Mucino.  V.  H,  Wohl.  R, Thompson. G, McDaniel. T, Smith.J, Basic design of the rand cam engine, Society of Automotive Engineering Technical  paper  No.  930062,  International  congress and  Exposition,  Ditriot,  Michigan,  march1-March5,1993
[2] Hashemi.S.M, Rotary vane engine, internal report, Malek Ashtar University of Technology, Shiraz, Iran, 1390
[3]  Smith.J,  Gregory.  J,  Thompson,  Smith.  J.  E,  Zero dimensional  combustion  modeling  of  an  axial  van rotary engine, West Virginia University,1997
[4]  Phillip. H, Burnside, Gregory. J, Thompson, Smith. J. E, Thermal modeling of an axial van rotary engine, Society of Automotive Engineering,1998
[5] Orndorff. R, Thompson. G, Smith. J. E, Mucino. V. H, Rotor  shaft  bearing  Analysis  for  selected  rand  cam engine  configuration,  Society  of  Automotive Engineering, pp. 813-820, 1995
[6] Badgley. P, Mucino. V. H, Smith. J. E, The rand cam engine:  A  pistonless  four  stroke  engine,  Society  of Automotive Engineering, paper No.940518, 1994
[7]  N.Satish,  C.S.P.Rao,  T.A.Janardhan  Reddy, Optimization of cam-follower motion using B-spline, international  Journal  of  Computer  Integrated Manufacturing,2009
[8]  Popov.I,  Afzali.M.R,  Mechanical  of  material,  Iran, Tehran, 1379