Simulating Torsional Vibrations at Engine Assembly Line

Abstract

This thesis was commissioned by Wärtsilä Marine Power for the Automation and Control department. In Wärtsilä a new engine safety system module has been developed. The functionality of this engine safety system will be tested at the engine assembly line in accordance with defined quality checks done when the engines are manufactured. In the engine safety system, there is a functionality to detect the torsional vibrations in the crankshaft of the engines.

The purpose of this work was to explore if it is possible to simulate the torsional vibrations of the crankshaft in an internal combustion engine with a test rig consisting of an electric motor and a gearwheel. This would be accomplished by first studying the functionality of the torsional vibration detection and then searching for, identifying, and testing the ability of appropriate electric motors to simulate this.

This thesis explores the phenomena of torsional vibration, describes the functionality of the torsional vibration measurement in the engine safety system as well as explains the working principle of some electric motors. Further, the suitability of the electric motors for the simulation is discussed.

The result of this thesis work is a better understanding of the system and what is needed to simulate torsional vibrations with the test rig. Further tests would need to be done to be able to fully decide on the way to go but this material provides a good overview of the challenges with the simulations and suggest possible solutions to the problems.

Detta examensarbete beställdes av Wärtsilä Marine Power för avdelningen Automation and Control. Man har vid Wärtsilä utvecklat en ny säkerhetsmodul för motorernas säkerhetssystem. Funktionaliteten av denna säkerhetsmodul och säkerhetssystem kommer att testas vid monteringslinjen för motorerna i enlighet med definierade kvalitetskontroller som görs när motorerna tillverkas. En av funktionaliteterna i säkerhetssystemet är mätning av vevaxelns vridningsvibrationer.

Syftet med detta examensarbete var att undersöka ifall det är möjligt att simulera vridningsvibrationerna som uppstår i en förbränningsmotors vevaxel med hjälp av en testrigg bestående av en elmotor och ett kugghjul. Detta skulle åstadkommas genom att först studera funktionaliteten av vridningsvibrationsmätningarna och efter detta söka efter, identifiera och testa lämpliga elmotorer att simulera detta med.

Detta examensarbete undersöker fenomenet med vridningsvibrationer och förklarar funktionaliteten hos vridningsvibrationsmätningarna i säkerhetssystemet för Wärtsiläs motorer. Vidare förklaras arbetsprincipen för några elmotorer och dessa motorers förmåga att simulera vridningsvibrationer diskuteras.

Resultatet av examensarbetet är en bättre förståelse över systemet och vad som krävs för att simulera vridningsvibrationer med testriggen. Ytterligare tester behöver göras för att kunna identifiera den bästa lösningen, men detta material ger en bra överblick över utmaningarna med simuleringen och föreslår möjliga lösningar på problemen.