Yıl 2018, Cilt 23, Sayı 1, Sayfalar 97 - 110 2018-04-20

Finite Element Analysis of Crankshaft of a Reciprocating Semi-Hermetic Compressor based on Quasi-Static Approach
PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ

Hüseyin LEKESİZ [1]

95 136

Semi-hermetic compressors brings the advantage of easy repair in case of a breakdown. Crankshafts used in these compressors are required to be light-weight and durable at the same time therefore, a proper design along with a proper material selection becomes important. Due to high speed of operation, a transient dynamic analysis may become necessary for a proper evaluation of stresses and strains for the crankshaft. However, dynamic analysis is computationally demanding especially when all dynamic aspects are considered such as the influence of hydrodynamics of bearings etc. Considering only static part of the loading may be oversimplified approach for the problem. In this work, a quasi-static approach is used for the structural analysis of crankshaft by performing kinematic and kinetic analysis to determine forces with inertial effects included and then finite element analysis to determine stresses and deflections.  As expected, the maximum stress occurs in the radius of shaft connecting to the bearing on oil spreader side.  This is also verified in literature that fatigue cracks initiate at this site of crankshaft.  The inertial effects are investigated in detail and approximately around 1.7% of the loading is due to inertial effect of piston and connecting rod. Therefore, it is anticipated that quasi-static approach provides sufficiently accurate results. 

Yarı-hermetik soğutma kompresörleri, arıza durumunda kolay müdahale kolaylığı sağlarlar. Bu kompresörlerde kullanılan krank milleri hem hafif hem de dayanıklı olmalıdır. Bu sebeple, doğru tasarım ve doğru malzeme seçimi çok önemlidir. Bu kompresörler yüksek hızda çalıştığından, zamana bağlı dinamik analiz kaçınılmaz olmaktadır. Ancak bu yöntemle problem çözümü çok uzamaktadır ve yakınsama sağlamak zorlaşmaktadır. Özellikle yataklardaki yağ basıncı değişimi vs gibi yapıdaki tüm dinamik etkiler dikkate alındığında problem iyice karmaşıklaşmaktadır.  Probleme hızlı ancak statik yaklaşımdan daha doğru bir çözüm elde etmek amacıyla bu çalışmada sanki-statik yaklaşım kullanılmıştır. Kinematik ve kinetik analiz sonucu elde edilen kuvvetler yapıya belli kabuller altında statik olarak uygulanmıştır. Ortaya çıkan maksimum gerilme krank milinin yağlama plakasına bağlanan ucundaki fatura dibinde olup, bu literatürdeki hasar örnekleriyle uyuşmaktadır. Analizler sonucunda atalet etkisi %1.7 civarında olup, ele alınan krank mili için sanki-statik yaklaşımın oldukça doğru bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir.

  • Becerra, J. A., Jimenez, F. J., Torres, M., Sanchez, D. T., ve Carvajal, E. (2011). Failure analysis of reciprocating compressor crankshafts. Engineering Failure Analysis, 18(2), 735-746. doi: 10.1016/j.engfailanal.2010.12.004
  • Chikalthankar, S. B., Nandedkar, V. M., ve Kaundal, S. K. (2013). Finite element analysis approach for stress analysis of crankshaft under dynamic loading. International Journal Of Scientific & Engineering Research, 4(2). ISSN 2229-5518
  • Espadafor, F. J., Villanueva, J. B., ve García, M. T. (2009). Analysis of a diesel generator crankshaft failure. Engineering Failure Analysis, 16(7), 2333-2341. Doi: 10.1016/j.engfailanal.2009.03.019
  • H. Bayrakceken, I. Ucun, S. Tasgetiren(2006). Fracture analysis of a camshaft made from nodular cast iron. Engineering Failure Analysis, Volume 13, Issue 8, Pages 1240-1245. Doi: 10.1016/j.engfailanal.2005.11.001
  • Handbook, A. S. H. R. A. E. (1996). HVAC systems and equipment. American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Atlanta, GA.
  • Kolhe, M. S. K., Chaudhari, M. A., & Ghare, M. P. (2016). Diesel Engine Crankshaft High Cycle Fatigue Life Estimation and Improvement Through FEA. In International Journal of Engineering Research and Technology (Vol. 5, No. 01, January-2016). IJERT. Doi: 10.17577/IJERTV5IS010430
  • Kurka, P. R. G., Izuka, J. H., & Paulino, K. L. G. (2012). Dynamic loads of reciprocating compressors with flexible bearings. Mechanism and Machine Theory, 52, 130-143. Doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2012.01.014
  • Meng, J., Liu, Y., & Liu, R. (2011). Finite element analysis of 4-cylinder diesel crankshaft. International Journal of Image, Graphics and Signal Processing, 3(5), 22. Doi: 10.5815/ijigsp.2011.05.04
  • Montazersadgh, F. H. ve Fatemi, A. (2007). Dynamic load and stress analysis of a crankshaft (No. 2007-01-0258). SAE Technical Paper. Doi: 10.4271/2007-01-0258
  • Ranjbarkohan, M., Rasekh, M., Hoseini, A. H., Kheiralipour, K., & Asadi, M. R. (2011). Kinematics and kinetic analysis of the slider-crank mechanism in otto linear four cylinder Z24 engine. Journal of mechanical engineering research, 3(3), 85-95.
  • Yu, B. Y., Feng, Q. K., ve Yu, X. L. (2013). Dynamic simulation and stress analysis for reciprocating compressor crankshaft. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 227(4), 845-851. Doi: 10.1177/0954406212453523
  • Yu, B., Yu, X., ve Feng, Q. (2010). Simple modeling and modal analysis of reciprocating compressor crankshaft system. International Compressor Engineering Conference, Purdue University, Indiana, USA, Paper 1982.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik ve Temel Bilimler
Dergi Bölümü Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Yazar: Hüseyin LEKESİZ
Kurum: BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Bibtex @araştırma makalesi { uumfd301655, journal = {Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering}, issn = {2148-4147}, eissn = {2148-4155}, address = {Uludağ Üniversitesi}, year = {2018}, volume = {23}, pages = {97 - 110}, doi = {10.17482/uumfd.301655}, title = {PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ}, key = {cite}, author = {LEKESİZ, Hüseyin} }
APA LEKESİZ, H . (2018). PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 23 (1), 97-110. DOI: 10.17482/uumfd.301655
MLA LEKESİZ, H . "PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 23 (2018): 97-110 <http://dergipark.gov.tr/uumfd/issue/36268/301655>
Chicago LEKESİZ, H . "PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 23 (2018): 97-110
RIS TY - JOUR T1 - PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ AU - Hüseyin LEKESİZ Y1 - 2018 PY - 2018 N1 - doi: 10.17482/uumfd.301655 DO - 10.17482/uumfd.301655 T2 - Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering JF - Journal JO - JOR SP - 97 EP - 110 VL - 23 IS - 1 SN - 2148-4147-2148-4155 M3 - doi: 10.17482/uumfd.301655 UR - http://dx.doi.org/10.17482/uumfd.301655 Y2 - 2018 ER -
EndNote %0 Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ %A Hüseyin LEKESİZ %T PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ %D 2018 %J Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering %P 2148-4147-2148-4155 %V 23 %N 1 %R doi: 10.17482/uumfd.301655 %U 10.17482/uumfd.301655
ISNAD LEKESİZ, Hüseyin . "PİSTONLU YARI-HERMETİK SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ KRANK MİLİNİN SANKİ-STATİK YAKLAŞIMLA SONLU ELEMANLAR ANALİZİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 23 / 1 (Nisan 2018): 97-110. http://dx.doi.org/10.17482/uumfd.301655