Dieselmoottorin jakopään hammaspyörästön mallintaminen

Abstract

Dieselmoottoreiden hammaspyöräkäyttöisissä jakopäissä voi muodostua kampiakselin vääntövaihteluiden takia helposti epämiellyttävää melua ja etenkin kolinaa. Kolinalla tarkoitetaan ilmiötä, jossa hammaspyörien hammaskosketus irtoaa ja kosketuksen muodostuessa uudelleen syntyy melua. Tätä ilmiötä on mahdollista tutkia ja tarkastella käytännön testien lisäksi simuloinnin avulla.

Opinnäytetyössä mallinnettiin erään AGCO Powerin valmistaman 6-sylinterisen dieselmoottorin testipenkin hammaspyöräkäyttöinen jakopää kaikkine komponentteineen GT-SUITE-simulointiohjelmistolla. Malliin lisättiin komponenttien lisäksi siihen vaikuttavat momenttikuormat, jotta saatiin jakopään dynaaminen käyttäytyminen selville.

Työn pääpaino oli simulaatiomallin rakentamisessa ja siinä onnistuttiin laskennan mennessä läpi ilman virheilmoituksia. Mallia testattiin työn aikana eri asetuksilla, jotta varmistuttiin sen toiminnasta. Täten saatiin myös numeerisia tuloksia, vaikka ne eivät olleetkaan työssä pääroolissa. Numeerisia tuloksia ei esitellä, mutta niiden avulla kuitenkin vertaillaan tuloksia moottorin eri kierrosnopeuksien välillä. Simulaation perusteella kolinailmiö havaittiin kaikissa muissa paitsi öljypumpun ja kampiakselin välisten hammaspyörien kontaktissa.

Työn tuloksena valmistunutta jakopään simulaatiomallia voidaan käyttää ja hyödyntää tuotekehityksen apuna. Sen avulla nopeutetaan ja helpotetaan suunnittelua, sillä esimerkiksi erilaisten hammaspyörien geometrioiden testaus on nopeaa ja helppoa. Tulosten perusteella opitaan ymmärtämään hammaspyörien välisiä kontakteja paremmin ja voidaan havainnoida koko jakopään toimintaa, kun haetaan parasta mahdollista rakennetta. Tulevaisuudessa simulaatiomallilla saatuja tuloksia voidaan verrata käytännössä tehtyihin mittauksiin.

The timing gear systems of diesel engines can easily produce unpleasant noise and especially rattling due to the torque fluctuations of the crankshaft. Rattling refers to a phenomenon where the tooth contact of the gears separates and when the contact is formed again, noise is generated. In addition to practical tests, it is possible to study and examine this phenomenon with the help of simulation.

The purpose of this thesis was to model the timing gear system of a 6-cylinder diesel engine test bench manufactured by AGCO Power with all its components using the GT-SUITE simulation software. In addition to the components, moment loads acting on in it were added to the model, in order to find out the dynamic behavior of the system.

The main focus was on building the simulation model and it was successful with the calculation went through without error messages. During the work, the model was tested with different settings to make sure it worked. Thus, numerical results were also obtained, although they did not play a major role in the work. Numerical results are not presented, but they are used to compare results between different engine revs. Based on the simulation, the rattling phenomenon was observed in all the contacts between gears except the contacts between oil pump and crankshaft.

The simulation model of the timing gear system completed as a result of the work can be used and utilized in product development. It speeds up and makes designing easier, because testing of the different gear geometries is quick and easy, for example. Based on the results, the contacts between gears can be learned and understood better and the operation of the whole timing gear system can be observed when the best possible structure is searched. In the future, the results obtained with the simulation model can be compared with measurements made in practice.