Analysis of a piston pin system with hydrodynamic lubrication

Este trabalho visa analisar o comportamento dinâmico do sistema pino pistão. Por esse motivo, foi desenvolvido um modelo matemático para o mecanismo biela-manivela, considerando a influência do mancal hidrodinâmico da junção biela-pistão. As análises dinâmicas desse sistema foram realizadas utilizando dois modelos distintos. O primeiro modelo foi usado para representar o sistema quando o pino pistão está em contato com a superfície do mancal, assumindo, nesta condição, um comportamento similar aos mancais rígidos (sem folga). O segundo modelo foi empregado para representar o sistema quando o pino pistão está em lubrificação hidrodinâmica. Nesta condição, o pino pistão tem um movimento relativo à biela, o que torna este sistema um problema de múltiplos graus de liberdade. Diante disso, o primeiro modelo foi desenvolvido através da Equação de Movimento de Eksergian, sendo o segundo modelo, desenvolvido a partir do método de Lagrange. O modelo matemático de lubrificação hidrodinâmica foi introduzido com o intuito de obter resultados mais realísticos sobre o comportamento dinâmico do sistema. Este modelo de lubrificação considera as mesmas suposições básicas da teoria de lubrificação de Reynolds. A partir do modelo desenvolvido neste trabalho foram obtidas as orbitas do pino pistão, as distribuições de pressão e as velocidades e acelerações do mecanismo biela-manivela, o que permitiu realizar uma análise preliminar do comportamento dinâmico desse sistemaThis work aims to analyze the dynamic behavior of the piston pin system. For this reason, a mathematical model for the slider-crank mechanism was developed, considering the influence of the hydrodynamic bearing of the piston-connecting rod joint. The dynamic analyses of the system applied two distinct models. The first represented the system when the piston pin was in contact with the bearing surface, assuming, in this condition, a similar behavior of rigid bearings (without clearance). The second model represented the system when the piston pin was in hydrodynamic lubrication. Under this condition, the piston pin presented a relative motion to the conrod, what turns this system into a multidegrees of freedom problem. Therefore, the first model was developed by Eksergian's Equation of Motion and the second model was developed by Lagrange method. The mathematical model of hydrodynamic lubrication was introduced to obtain more realistic results under the system's dynamic behavior. This lubrication model considers one of the basic assumptions of the Reynolds lubrication theory. From the model developed in this work were obtained the orbits of the piston pin, the pressure distributions and the velocities and accelerations of the slider-crank mechanism, what allows a preliminary analysis of the dynamic behavior of this syste