Economical crankshaft design through topology analysis for C type gap frame power press SNX-320

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The presses are powered machines having stationary beds and slides (rams) which have controlled sliding motion towards and away from the beds, guided by the frames. Metal can be worked in power press in a wide verity of ways like punching, shearing, forming, etc. Crankshaft is one of the basic components for power transmission, which transmits rotary motion to sliding motion in the mechanical power press. It is around this element that all stresses and deformations are concentrated. The purpose of the study: rationalization of the design of the crankshaft, taking into account the strength characteristics of the frame, connection screws, tie rods. The methods include two stages of crankshaft design development: 1) modelling in parametric cad software; 2) FE analysis in Ansys-22R1. The existing as well as the improved design of the crankshaft was investigated by the FE method with topology analysis. Topology is part of FE analysis as well as Generative design. Result and Discussion. The design of the crankshaft, including the bearing assembly, depends largely on the maximum pressure that will be generated at the bottom of the stroke, and this is carefully considered when designing other parts of the presses. Based on the results of the topology analysis of the crankshaft structure, it was found that an increase in the strength of this structural element is possible by adding additional material in the area of potential destruction. During the study, it was possible to develop a rational design of the crankshaft with improved mechanical properties compared to the existing one, which will increase the service life of the crankshaft, preventing its failure.

About the authors

D. Tratiya

Email: tratiyadarshan@gmail.com
Doctor of Philosophy, Atmiya University, Yogidham Gurukul, Kalawad Road, Rajkot, 360005, India, tratiyadarshan@gmail.com

M. Sheladiya

Email: mvsheladiya@gmail.com
Ph.D. (Engineering), Atmiya University, Yogidham Gurukul, Kalawad Road, Rajkot, 360005, India, mvsheladiya@gmail.com

G. Acharya

Email: gdacharya@rediffmail.com
Doctor of Philosophy, Professor, Atmiya University, Yogidham Gurukul, Kalawad Road, Rajkot, 360005, India, gdacharya@rediffmail.com

S. Acharya

Email: shailee.acharya@gmail.com
Doctor of Philosophy, Sardar Vallabhbhai Patel Institute of Technology, Affiliated to GTU, Vasad, 388306, India, shailee.acharya@gmail.com

References

  1. Montazersadgh F.H., Fatemi A. Dynamic load and stress analysis of a crankshaft. SAE Technical Paper. – SAE International, 2007. – doi: 10.4271/2007-01-0258.
  2. Shahane V.C., Pawar R.S. Optimization of the crankshaft using finite element analysis approach // Automotive and Engine Technology. – 2017. – Vol. 2 (1–4). – P. 1–23.
  3. Garg R., Baghla S. Finite element analysis and optimization of crankshaft design // International Journal of Engineering and Management Research (IJEMR). – 2012. – Vol. 2 (6). – P. 26–31.
  4. Failure mode analysis of two crankshafts of a single cylinder diesel engine / M. Fonte, P. Duarte, L. Reis, M. Freitas, V. Infante // Engineering Failure Analysis. – 2015. – Vol. 56. – P. 185–193.
  5. Meng J., Liu Y., Liu R. Finite element analysis of 4-cylinder diesel crankshaft // International Journal of Image, Graphics and Signal Processing. – 2011. – Vol. 3 (5). – P. 22–29.
  6. Sachs J.D. From millennium development goals to sustainable development goals // The Lancet. – 2012. – Vol. 379 (9832). – P. 2206–2211.
  7. Ban K.M. Sustainable development goals // News Survey. – 2016. – Vol. 37 (02). – P. 18–19.
  8. Benjeddou A. Advances in piezoelectric finite element modeling of adaptive structural elements: a survey // Computers & Structures. – 2000. – Vol. 76 (1–3). – P. 347–363.
  9. Gu Y., Zhou Z. Strength analysis of diesel engine crankshaft based on PRO/E and ANSYS // 2011 Third International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. – IEEE, 2011. – Vol. 3. – P. 362–364.
  10. Khichadia B.N., Chauhan D.M. A review on design and analysis of mechanical press frame // International Journal of Advance Engineering and Research Development. – 2014. – Vol. 1 (6). – P. 1–7.
  11. More R.S., Kulkarni S.R. Finite element analysis and optimization of ‘c’;Types // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). – 2015. – Vol. 2 (3). – P. 1385–1391.
  12. Dar F.H., Meakin J.R., Aspden R.M. Statistical methods in finite element analysis // Journal of Biomechanics. – 2002. – Vol. 35 (9). – P. 1155–1161.
  13. Halicioglu R., Dulger L.C., Bozdana A.T. Mechanisms, classifications, and applications of servo presses: A review with comparisons // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2016. – Vol. 230 (7). – P. 1177–1194.
  14. More S.T., Bindu R.S. Effect of mesh size on finite element analysis of plate structure // International Journal of Engineering Science and Innovative Technology. – 2015. – Vol. 4 (3). – P. 181–185.
  15. Choi K.S., Pan J. Simulations of stress distributions in crankshaft sections under fillet rolling and bending fatigue tests // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (3). – P. 544–557.
  16. Evaluation of FEM based fracture mechanics technique to estimate life of an automotive forged steel crankshaft of a single cylinder diesel engine / R.M. Metkar, V.K. Sunnapwar, S.D. Hiwase, V.S. Anki, M. Dumpa // Procedia Engineering. – 2013. – Vol. 51. – P. 567–572.
  17. Guangming Z., Zhengfeng J. Study on torsional stiffness of engine crankshaft // 2009 International Forum on Computer Science-Technology and Applications. – IEEE, 2009. – Vol. 3. – P. 431–435. – doi: 10.1109/IFCSTA.2009.345.
  18. SDG 12: Responsible consumption and production – Potential Benefits and impacts on forests and livelihoods / P. Schröder, A.S. Antonarakis, J. Brauer, A. Conteh, R. Kohsaka, Y. Uchiyama, P. Pacheco // Sustainable development goals: their impacts on forests and people. – Cambridge University Press, 2019. – P. 386–418.
  19. Experimental and analytical modal analysis of a Crankshaft / C. Azoury, A. Kallassy, B. Combes, I. Moukarzel, R. Boudet // IOSR Journal of Engineering. – 2012. – Vol. 2 (4). – P. 674–684.
  20. Analysis of piston, connecting rod and crank shaft assembly / G. Gopal, L.S. Kumar, K.V.B. Reddy, M.U.M. Rao, G. Srinivasulu // Materials Today: Proceedings. – 2017. – Vol. 4 (8). – P. 7810–7819.
  21. Optimization of a crankshaft rolling process for durability / S. Ho, Y.L. Lee, H.T. Kang, C.J. Wang // International Journal of Fatigue. – 2009. – Vol. 31 (5). – P. 799–808.
  22. Stress and failure analysis of the crankshaft of diesel engine / L. Witek, M. Sikora, F. Stachowicz, T. Trzepiecinski // Engineering Failure Analysis. – 2017. – Vol. 82. – P. 703–712.
  23. Halicioglu R., Dulger L.C., Bozdana A.T. Structural design and analysis of a servo crank press // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2016. – Vol. 19 (4). – P. 2060–2072.
  24. Research perspectives on responsible tourism / B. Bramwell, B. Lane, S. McCabe, J. Mosedale, C. Scarles // Journal of Sustainable Tourism. – 2008. – Vol. 16 (3). – P. 253–257. – doi: 10.1080/09669580802208201.
  25. Predicting environmentally responsible apparel consumption behavior of future apparel industry professionals: The role of environmental apparel knowledge, environmentalism and materialism / A. Sadachar, F. Feng, E.E. Karpova, S. Manchiraju // Journal of Global Fashion Marketing. – 2016. – Vol. 7 (2). – P. 76–88.
  26. Miola A., Schiltz F. Measuring sustainable development goals performance: How to monitor policy action in the 2030 Agenda implementation? // Ecological Economics. – 2019. – Vol. 164. – P. 106373.
  27. Boto-Álvarez A., García-Fernández R. Implementation of the 2030 agenda sustainable development goals in Spain // Sustainability. – 2020. – Vol. 12 (6). – P. 2546.
  28. Boluk K.A., Cavaliere C.T., Higgins-Desbiolles F. A critical framework for interrogating the United Nations Sustainable Development Goals 2030 Agenda in tourism // Journal of Sustainable Tourism. – 2019. – Vol. 27 (7). – P. 847–864. – doi: 10.1080/09669582.2019.1619748.
  29. A systematic study of sustainable development goal (SDG) interactions / P. Pradhan, L. Costa, D. Rybski, W. Lucht, J.P. Kropp // Earth's Future. – 2017. – Vol. 5 (11). – P. 1169–1179.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».