Mekanisk analyse av kamaksling på en skipsmotor

Abstract

Dette prosjektet er et studium av den dynamiske adferden til en medium-speed diesel motor kamaksel. Kamakselen er en viktig komponent i stempelmotoren og blir utsatt for stadig høyere belastninger på grunn av økende krav til motorytelse. Den tidsvarierende belastningen under drift fører til svingende bevegelser og disse vibrasjonene er viktig å ta hensyn til i den mekaniske analysen av kamakselen.

Vinkelutslag i kamaksel er en av de viktigste parameterene i designprosessen siden den påvirker ventilstyringen og dermed også motorytelsen. Torsjonsvibrasjoner i kamaksel er studert med spesielt fokus på vinkelutslag av fri ende. På motoren er kamakselen drevet av veivakselen via en to-stegs tennhjulsdrift som viser seg å bidra med dynamiske effekter på kamakselen.

Kamakselen ble diskretisert til punktmasser med idealiserte fjærer og dempere. En integrasjonsrutine ble skrevet i Matlab for å løse systemet av differensialligninger basert på Newmarks $\beta$-metoder. Dødgang og varierende stivhet i tannhjulsdriften var blant ikke-lineære effekter som gjorde det nødvendig å implementere iterasjoner for likevekt. Et av hovedmålene i oppgaven er å utvikle en dynamisk simuleringsmodell og utforske til hvilken grad de ulike mekaniske systemene på motoren bør inkluderes for å oppnå realistiske og nøyaktige resultater. Modellen kan så brukes til videre parameterstudie.

Den dynamiske responsen i kamaksel er funnet å være dominert av den første egenfrekvensen, samt inpulslastene fra insprøytningspumpene. Resultatene som er funnet bør valideres mot fysiske målinger og tester på motor før nøyaktigheten av modellen kan bestemmes. Resultatene er forøvrig i henhold til det man på forhånd kunne forvente.