3D- JA FEM-MALLINNUS

Abstract

Tämä opinnäytetyö on tehty Wärtsilä Finland Oyj:n tuotekehitysosastolle. Aiheena oli pakoputken kiinnityspään muotoilun parantaminen. Muotoilulla pyrittiin parantamaan pakoputken ja sylinterinkannen tiivistymistä.

Työn tavoitteena oli suunnitella ja laskea vähintään kaksi erilaista ratkaisua pakoputkesta. Tavoitteena oli löytää pakoputkelle parempi muoto, joka laajentuisi tasaisemmin. Tarkoituksena olisi saada pakoputki tiivistymään sylinterinkantta vas-ten lämpötilan vaihdellessa ja aiheuttaessa erilaisia muutoksia osiin.

Opinnäytetyön tekeminen alkoi tutustumalla pakoputkesta tehtyyn ensimmäiseen versioon sekä työhön liittyvään sylinterinkanteen. Pakoputkesta päätettiin mallin-taa ja laskea kaksi erilaista vaihtoehtoa. Ensimmäiseksi vaihtoehdoksi valittiin ovaalin mallinen pakoputken kiinnityspää, jonka pitäisi jakaa paineet pakoputken kiinnityspäässä tasaisemmin koko alueelle. Toisena vaihtoehtona tutkittiin, kuinka holkki toimisi pakoputken jatkeena sylinterinkannen sisällä. Mallinnuksiin ja laskentoihin käytettiin NX-ohjelmistoa, jota yrityksessä ollaan ottamassa käyttöön.

Yhteenvetona voidaan todeta, että parhaaseen lopputulokseen pääsemiseksi olisi pakoputken kiinnityspää muotoiltava pyöreäksi. Tällöin lämpölaajeneminen ja tiivistyminen tapahtuvat tasaisesti koko pakoputken kiinnityspään alueella. Sylinterinkannen muotoilu asettaa rajoituksia, joiden takia pakoputken muotoa joudu-taan rajoittamaan. Analysoiduista vaihtoehdoista parempi on ovaalinmallinen pakoputken pää, koska sen kuormitukset pysyvät paremmin sallituissa rajoissa. Holkki vaatisi välyksen, että sen voisi asentaa sylinterinkannen sisälle ilman kuormitusten nousemista liian korkeiksi. Tavoitteena olisi kuitenkin ollut asentaa se ahdistussovitteella, jolloin kuormitukset nousisivat liian korkeiksi.

This thesis was made for Wärtsilä Finland Oy, Department of Research and Development. The subject was improving the design of the fastening end of exhaust pipe. By the design it was aspired to improve the sealing of the exhaust pipe and cylinder head.

The objective of the work was to design and calculate at least two different alter-natives of the exhaust pipe. The objective was to find a better shape for the exhaust pipe, which would expand more evenly. The purpose was to get the exhaust pipe to become tighter against the cylinder head even with varying tem-peratures, causing different changes to parts.

The thesis started by getting familiar with the first version of the exhaust pipe and the cylinder head, which was also included in the work. It was decided to design and calculate two different alternatives of the exhaust pipe. As the first option was chosen an oval shaped fastening end of the exhaust pipe, which should divide pressures evenly to the whole fastening end area. As a second option it was investigated how a sleeve would work as an extension of the exhaust pipe inside the cylinder head. The NX-software was used for modelling and calculating, the program is going to be taken into use in the company.

As a conclusion it was found that to get the best result, the fastening end should be designed to be of a round shape. In that case thermal expansion and sealing are occurring evenly on the whole fastening end area. The design of the cylinder head sets restrictions which limit the design of the exhaust pipe. The better option of the ones analysed is an oval shaped exhaust pipe, because its loads stay better in the allowed limits. The sleeve requires a clearance so that it can be mounted inside the cylinder head without the rise of loads being too high. The objective would anyhow be to install it with an interference fit, when the loads would rise too high.