Kilpamoottorin männän simulointi elementtimenetelmällä

Abstract

Tämän opinnäytetyön toimeksiantaja oli Makotec Oy. Makotec on Kempelessä sijaitseva koneistuspalveluita tarjoava yritys, joka valmistaa tuotteita erilaisista metalleista ja muoveista. Makotecin yhtenä tuotteena ovat kilpa-autojen männät. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää mäntään kohdistuvia voimia ja miettiä, miten mäntää voisi kehittää lujuuden ja keveyden näkökulmista. Tavoitteeksi asetettiin uuden kestävämmän mäntämallin kehittäminen FEM-laskennan avulla. Teoriaosuudessa ennen varsinasta työn suorittamista tutkittiin nelitahtimoottorin toimintaa, männän rakennetta, valmistusmenetelmiä, mäntään kohdistuvia kuormituksia, FEM-laskennan perusteita sekä metallien väsymistä. Teorian pohjalta muodostettiin Mathcad-pohja voimien laskentaa varten, FEM-laskentapohja jännitystuloksien selvittämistä varten ja Excel-laskentapohja väsymislaskelmia varten. Työn tavoitteet saavutettiin. Työn tuloksena saatiin parannetun mäntämallin lisäksi valmiit laskentapohjat mahdollisia tulevia uusia mäntämalleja varten.

The thesis was made for Makotec Oy. Makotec is a machine shop located in Kempele. The company machines products from different kinds of metals and plastics. One of Makotec’s products is pistons for racing cars. The purpose of the thesis was to research forces affecting pistons and to investigate how to develop a piston from the points of view of structural strength and lightness. The target of the thesis was to develop a new more robust piston model with the help of FEM simulations. The theoretical part of the thesis covered four-stroke engines, piston theory, manufacturing methods, forces affecting pistons, the basics of FEM simulations and fatigue of metals. Based on the theory section, a Mathcad calculator was made for force calculations, a FEM calculation model was made to study the stresses on the piston structure and an Excel calculation model was built for fatigue analysis. The target of the thesis was achieved. The outcome of the thesis was not only the improved piston model, but also the calculation models which could be used for possible new piston models in the future.