LỜI NÓI ĐẦU Sau khi được học 2 môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong ) cùng một số môn cơ sơ khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học,... ), sinh viên được giao làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành. Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế....... của động cơ Zil130 . Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có thiếu sót. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Trần Văn Nam đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em vô cùng mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của thầy. Sinh viên Đặng Thế Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 1.PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC. 3 1.1.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG. 3 1.1.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén. 3 1.1.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. 4 1.1.3. Lập bảng tĩnhây dựng đường cong áp suất. 1.1.4. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công 5 1.2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BRICK. 8 1.3. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC. 10 1.4. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TÔLÊ. 12 1.5. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH, LỰC KHÍ THỂ, HỢP LỰC P1. 14 1.5.1. Đồ thị lực quán tính. 14 1.5.2. Đồ thị lực khí thể. 15 1.5.3. Đồ thị hợp lực P1. 15 1.6. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC TIẾP TUYẾN T, LỰC PHÁP TUYẾN Z, LỰC NGANG N. 16 1.7. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU. 21 1.8. TRIỂN KHAI ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Ở TOẠ ĐỘ CỰC THÀNH ĐỒ THỊ Qâ. 23 1.9. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN. 26 1.10. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU. 30 2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN SỨC BỀN NHÓM PISTON THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ZIL130. 31 2.1. NHÓM PISTON. 31 2.1.1. Piston. 31 2.1.2. Chốt piston. 39 2.1.3. Xécmăng. 44 2.2. NHÓM THANH TRUYỀN. 50 2.2.1. Thanh truyền. 50 2.2.2. Bulông thanh truyền. 66 2.2.3.Bạc lót đầu to thanh truyền. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 1.PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC: 1.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG: 1.1.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén. Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: Từ đó rút ra : Đặt: Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x: MNm2 Ở đây: áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: pa áp suất đầu quá trình nén. Động cơ không tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,85pk Trong đó: pk áp suất trước xúpáp nạp Chọn pk = p0 = 0,1MNm2 Vậy: MNm2 tỷ số nén, =6,5 n1 chỉ số nén đa biến trung bình. Động cơ xăng buồng cháy thống nhất: n1 = (1,341,38). Chọn n1 = 1,35. pc = 0,085.6,51,35 = 1,064 MNm2. 1.1.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. Phương trình của đường giãn nở đa biến là: , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: Từ đó rút ra: n Ở đây: pz áp suất cực đại, pz = 4,4 MNm2. Vz = .Vc Trong đó: tỷ số giãn nở sớm, = 1 n2 chỉ số giãn nở đa biến. Đối với động cơ xăng: n2 = (1,231,34). Chọn n2 = 1,25 Ta đặt: Suy ra: MNm2 1.1.3. Lập bảng tính : Từ công thức (1.1) và (1.2), kết hợp với việc chọn các thể tíchVnx và Vgnx, ta tìm được các giá trị áp suất pnx, pgnx. Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiện trong bảng sau: Bảng 1.1. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở Vx i Đường nén Đường giãn nở in1 1in1 pc.(1in1) in2 1in2 pz.rn2.(1in2) Vc 1 1.0000 1.0000 1.0640 1.0000 1.0000 4.4000 1.5Vc 1.5 1.7287 0.5785 0.6155 1.6600 0.6024 2.6506 2.0Vc 2.0 2.5491 0.3923 0.4174 2.3784 0.4204 1.8500 2.5Vc 2.5 3.4452 0.2903 0.3088 3.1436 0.3181 1.3997 3.0Vc 3.0 4.4067 0.2269 0.2415 3.9482 0.2533 1.1144 3.5Vc 3.5 5.4262 0.1843 0.1961 4.7872 0.2089 0.9191 4.0Vc 4.0 6.4980 0.1539 0.1637 5.6569 0.1768 0.7778 4.5Vc 4.5 7.6179 0.1313 0.1397 6.5541 0.1526 0.6713 5.0Vc 5.0 8.7823 0.1139 0.1212 7.4767 0.1337 0.5885 5.5Vc 5.5 9.9883 0.1001 0.1065 8.4227 0.1187 0.5224 6.0Vc 6.0 11.2332 0.0890 0.0947 9.3905 0.1065 0.4686 6.5Vc 6.5 12.5151 0.0799 0.0850 10.3787 0.0964 0.4239 1.1.4. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: v= 0,0061 lítmm p= 0,022 MNm2.mm. Xác định các điểm đặc biệt: Điểm r (Vc;pr) Ở đây: Vc thể tích buồng cháy: Trong đó: Vh thể tích công tác: mm3 = 0,807 l Khi đó: l pr áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của piston: ms Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ ô tô và máy kéo, do đó áp suất khí sót pr được xác định 1: pr = (1,05÷1,1).p0 Trong đó: p0 áp suất khí trời Vì động cơ không tăng áp, có lắp bình tiêu âm trên đường thải nên thay p0 ở trên bằng áp suất trên đường thải pth,với 1: pth =(1,02÷1,04).p0 Chọn: pth = 1,04p0 và pr = 1,08pth Vậy: Pr = 1,08.pth = 1,08.1,04.p0 = 1,08.1,04.0,1= 0,112MNm2. Vậy: r (0,1467l; 0,11232MNm2) Điểm a (Va;pa) Trong đó : Va =. Vc = 6,5.0,1467= 0,9536 l. a (0,9536l;0,085MNm2). Điểm b (Vb; pb) Ở đây: pb áp suất cuối quá trình giãn nở Do nên: MNm2. b (0,9536l;0,424MNm2). Điểm c (Vc; pc) c (0,1467l;1,064MNm2). Điểm y (Vc; pz) y (0,1467l;4,4MNm2) Điểm z (Vz; pz) Với Vz = .Vc = 1. 0,1467= 0,1467 l. z (0,1467 l;4,4MNm2) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm : Đánh lửa sớm c’ (180). Mở sớm b’(670), đóng muộn r’’ (470) xupáp thải. Mở sớm r’ (310), đóng muộn a’ (830) xupáp nạp. Hiệu chỉnh đồ thị công : Động cơ Diesel lấy áp suất cực đại bằng pz. Xác định các điểm trung gian: Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 13 cy.
Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh LỜI NÓI ĐẦU Sau học mơn ngành động đốt (Nguyên lý động đốt trong, Kết cấu tính tốn động đốt ) số môn sơ khác (sức bền vật liệu, lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên giao làm đồ án mơn học kết cấu tính tốn động đốt Đây phần quan trọng nội dung học tập sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng kiến thức học để giải vấn đề cụ thể ngành Trong đồ án này, em giao nhiệm vụ tính tốn thiết kế động Zil130 Trong trình thực đồ án, em cố gắng tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, làm việc cách nghiêm túc với mong muốn hồn thành đồ án tốt Tuy nhiên, thân cịn kinh nghiệm việc hồn thành đồ án lần khơng thể khơng có thiếu sót Cuối cùng, em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy, tận tình truyền đạt lại kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Trần Văn Nam quan tâm cung cấp tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trình làm đồ án Em vô mong muốn nhận xem xét dẫn thầy Sinh viên Đặng Thế Anh GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1.PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 1.1.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG 1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất đường nén 1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất đường giãn nở 1.1.3 Lập bảng tĩnhây dựng đường cong áp suất 1.1.4 Xác định điểm đặc biệt hiệu chỉnh đồ thị công 1.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BRICK 1.3 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC 10 1.4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TÔLÊ 12 1.5 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH, LỰC KHÍ THỂ, HỢP LỰC P1 14 1.5.1 Đồ thị lực quán tính 14 1.5.2 Đồ thị lực khí thể 15 1.5.3 Đồ thị hợp lực P1 15 1.6 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC TIẾP TUYẾN T, LỰC PHÁP TUYẾN Z, LỰC NGANG N 16 1.7 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU 21 1.8 TRIỂN KHAI ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Ở TOẠ ĐỘ CỰC THÀNH ĐỒ THỊ Q-â 23 1.9 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN 26 1.10 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU 30 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TỐN SỨC BỀN NHĨM PISTON THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ZIL-130 31 2.1 NHÓM PISTON 31 2.1.1 Piston 31 2.1.2 Chốt piston 39 2.1.3 Xécmăng 44 2.2 NHÓM THANH TRUYỀN 50 2.2.1 Thanh truyền 50 2.2.2 Bulông truyền 66 2.2.3.Bạc lót đầu to truyền 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 1.PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC ĐỒ THỊ TRONG BẢN VẼ ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC: 1.1 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG: 1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất đường nén Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, gọi x điểm đường nén thì: p c Vcn1 = p nx Vnxn1 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Từ rút : p nx = p c Đặt: i= Vnx Vc n1 Vnx Vc Khi đó, áp suất điểm x: p nx = pc i n1 [MN/m2] Ở đây: p c = p a ε n1 - áp suất cuối q trình nén Trong đó: pa - áp suất đầu q trình nén - Động khơng tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,85pk Trong đó: pk- áp suất trước xúpáp nạp Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2] Vậy: p a = 0,85.0,1 = 0,085 [MN/m2] ε - tỷ số nén, ε =6,5 n1- số nén đa biến trung bình - Động xăng buồng cháy thống nhất: n1 = (1,34÷ 1,38) Chọn n1 = 1,35 ⇒ pc = 0,085.6,51,35 = 1,064 [MN/m2] 1.1.2 Xây dựng đường cong áp suất đường giãn nở Phương trình đường giãn nở đa biến là: p.V n = const , gọi x điểm đường giãn nở thì: n2 p z V zn2 = p gnx V gnx Từ rút ra: n p gnx = p z V gnx Vz n2 Ở đây: pz - áp suất cực đại, pz = 4,4 [MN/m2] Vz = ρ.Vc Trong đó: ρ- tỷ số giãn nở sớm, ρ = n2- số giãn nở đa biến - Đối với động xăng: n2 = (1,23÷ 1,34) Chọn n2 = 1,25 Ta đặt: V gnx Vc =i GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động Suy ra: p gnx SVTH: Đặng Thế Anh ρ n2 = p z n2 [MN/m2] i 1.1.3 Lập bảng tính : Từ cơng thức (1.1) (1.2), kết hợp với việc chọn thể tíchVnx Vgnx, ta tìm giá trị áp suất pnx, pgnx Việc tính giá trị pnx, pgnx thực bảng sau: Bảng 1.1 Các điểm áp suất đường nén đường giãn nở Đường nén Vx Vc 1.5Vc 2.0Vc 2.5Vc 3.0Vc 3.5Vc 4.0Vc 4.5Vc 5.0Vc 5.5Vc 6.0Vc 6.5Vc i 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 in1 1.0000 1.7287 2.5491 3.4452 4.4067 5.4262 6.4980 7.6179 8.7823 9.9883 11.2332 12.5151 1/in1 1.0000 0.5785 0.3923 0.2903 0.2269 0.1843 0.1539 0.1313 0.1139 0.1001 0.0890 0.0799 Đường giãn nở pc.(1/in1) 1.0640 0.6155 0.4174 0.3088 0.2415 0.1961 0.1637 0.1397 0.1212 0.1065 0.0947 0.0850 in2 1.0000 1.6600 2.3784 3.1436 3.9482 4.7872 5.6569 6.5541 7.4767 8.4227 9.3905 10.3787 1/in2 1.0000 0.6024 0.4204 0.3181 0.2533 0.2089 0.1768 0.1526 0.1337 0.1187 0.1065 0.0964 pz.rn2.(1/in2) 4.4000 2.6506 1.8500 1.3997 1.1144 0.9191 0.7778 0.6713 0.5885 0.5224 0.4686 0.4239 1.1.4 Xác định điểm đặc biệt hiệu chỉnh đồ thị công Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với tỷ lệ xích: µv= 0,0061 [lít/mm] µp= 0,022 [MN/m2.mm] Xác định điểm đặc biệt: -Điểm r (Vc;pr) Ở đây: Vc- thể tích buồng cháy: Vc = Vh ε −1 Trong đó: Vh- thể tích cơng tác: π D π 104 Vh = S = 95 = 807012,3 [mm3] = 0,807 [l] Khi đó: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động Vc = SVTH: Đặng Thế Anh 0,807 = 0,1467 [l] 6,5 − pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động Tốc độ trung bình piston: CM = S n 0,095.3500 = = 11,08 30 30 [m/s] Như động khảo sát động ô tô máy kéo, áp suất khí sót p r xác định [1]: pr = (1,05÷1,1).p0 Trong đó: p0- áp suất khí trời Vì động khơng tăng áp, có lắp bình tiêu âm đường thải nên thay p0 áp suất đường thải pth,với [1]: pth =(1,02÷1,04).p0 Chọn: pth = 1,04p0 pr = 1,08pth Vậy: Pr = 1,08.pth = 1,08.1,04.p0 = 1,08.1,04.0,1= 0,112[MN/m2] Vậy: r (0,1467[l]; 0,11232[MN/m2]) - Điểm a (Va;pa) Trong : Va =ε Vc = 6,5.0,1467= 0,9536 [l] ⇒ a (0,9536[l];0,085[MN/m2]) - Điểm b (Vb; pb) Ở đây: pb - áp suất cuối trình giãn nở pb = pz δ n2 Do δ = ε = 6,5 nên: Vb = δxVc = 6,5 x0,1467 = 0,9536 p 4,4 pb = nz2 = 1, 25 = 0,424 [MN/m2] 6,5 δ ⇒ b (0,9536[l];0,424[MN/m2]) - Điểm c (Vc; pc) ⇒ c (0,1467[l];1,064[MN/m2]) - Điểm y (Vc; pz) ⇒ y (0,1467[l];4,4[MN/m2]) - Điểm z (Vz; pz) Với Vz = ρ.Vc = 0,1467= 0,1467 [l] ⇒ z (0,1467 [l];4,4[MN/m2]) Nối điểm trung gian đường nén đường giãn nở với điểm đặc biệt, đồ thị công lý thuyết Dùng đồ thị Brick xác định điểm : - Đánh lửa sớm c’ (180) - Mở sớm b’(670), đóng muộn r’’ (470) xupáp thải - Mở sớm r’ (310), đóng muộn a’ (830) xupáp nạp Hiệu chỉnh đồ thị công : Động Diesel lấy áp suất cực đại pz Xác định điểm trung gian: - Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh - Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba Nối điểm c’c’’ đường giãn nở thành đường cong liên tục ĐCT ĐCD tiếp xúc với đường thải, ta nhận đồ thị cơng hiệu chỉnh Hình 1.1 Đồ thị công GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh 1.2.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BRICK: Vẽ vòng trịn tâm O, bán kính R = S/2 = 95/2 = 47,5 [mm] Chọn tỷ lệ xích: µs = 0,7197 [mm/mm] Giá trị biểu diễn R : R 47,5 = = 66 [mm] µ S 0,7197 Từ O lấy đoạn OO’ dịch phía điểm chết đoạn : R= OO' = R.λ Ở đây: λ- thông số kết cấu; λ = 0,24 R.λ 47,5.0,24 = = 5,7 [mm] 2 R.λ 47,5.0,24 = = 7,92 [mm] Giá trị biểu diễn : OO' = 2.µ S 2.0,7197 ⇒ OO' = Muốn xác định chuyển vị piston ứng với góc quay trục khuỷu â ta làm sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB hình 1.1 Hạ MC thẳng góc với AD Theo Brick đoạn AC = x Thật vậy, ta chứng minh điều dễ dàng Từ hình 1.1 ta có : AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosα + R.λ/2 Coi: R.λ MO' ≈ R + 2.Cosα Thay quan hệ vào công thức tính AC, sau chỉnh lý ta có : λ λ AC = R.(1 − Cosα ) + − Cos 2α = R.(1 − Cosα ) + (1 − Cos 2α ) = x ( ÂCT α C M α R S=2R O R.λ/2 180 α x x B 90 α X=f(α) S=2R (S=Xmax) A ) O' GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam D ÂCD Trang Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Hình 1.2 Đồ thị Brick Hình 1.3 Đồ thị chuyển vị vận tốc 1.3.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC: Tỷ lệ xích : µv = ω.µs Ở đây: ω- tốc độ góc trục khuỷu, ω = GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam π n π 3500 = = 366,52[ rad / s ] 30 30 Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động ⇒ µv = SVTH: Đặng Thế Anh π n π 3500 µ S = 0,7197 = 263,78 [mm/s.mm] 30 30 Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R1: R = R1.ω = 47,5.366,52 = 17409,7 [mm/s] Giá trị biểu diễn R1 : R1 = R1 17409,7 = = 66 [mm] µv 263,78 Vẽ vịng trịn tâm O có bán kính R2: R2 = R.λ ω 47,5.0,24.366,52 = = 2089,164 [mm/s] 2 Giá trị biểu diễn R2 là: R2 = R2 2089,164 = = 7,92 [mm] µv 263,78 Chia vòng tròn R1 vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, , n 1’, 2’, 3’, , n’ theo chiều hình 1.2 (n = 18) Từ điểm 0, 1, 2, 3, kẻ đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, điểm O, a, b, c, Nối O, a, b, c, đường cong ta đường biểu diễn trị số vận tốc Các đoạn thẳng a1, b2, c3, nằm đường cong O, a, b, c với đường tròn R biểu diễn trị số vận tốc góc α tương ứng; điều chứng minh dễ dàng Từ hình1.2, góc α ta có : bb’ = R2.sin2α b’2 = R1.sinα Do : λ Va = bb'+b'2 = R2 Sin 2α + R1 Sinα = R.ω. Sinα + Sin 2α 2' b 1' a A R2 3' V=f(α) c Vα B 4' b' 0' α 7' 6' 5' g h e GVHD: PGS.TS Trần2Văn Nam R1 Trang Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Hình 1.4 Đồ thị xác định vận tốc piston Hình 1.5 Đồ thị vận tốc 1.4.XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TƠLÊ: Chọn tỷ lệ xích µJ = 0,7197.ω2 = 0,7197.366,522 = 96682,274 [mm/s2.mm] Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 95 (mm) Giá trị biểu diễn là: AB = S 95 = = 132 [mm] µ S 0,7197 Tính jmax, jmin [2]: + j max = R.ω (1 + λ ) = 47,5.366,52 2.(1 + 0,24) = 7912444,023 [mm/s2] + j = − R.ω (1 − λ ) = −47,5.366,52 2.(1 − 0,24 ) = 4849562,465 [mm/s2] Từ A dựng đoạn thẳng AC thể jmax Giá trị biểu diễn jmax là: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 10 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh ( g tính theo độ ) Với MA NA tính theo cơng thức gần sau [3]: M A = Pj ρ ( 0,00033γ − 0,0297 ) [ MN m] N A = Pj ( 0,572 − 0,0008.γ ) [ N ] Thay số ta có: M A = 13451,15.10 −6.18,65.10 −3.(0,00033.147,91 − 0,0297) = 4794,09.10 −9 [ MN m] N = 13451,15.10 −6.(0,572 − 0,0008 × 147,91) = 7102,41.10 −6 [ MN ] = 6102,41[ N ] Thay MA NA vào (1) (2) ta có : ( M j = 4794,09.10 −9 + 6102,41.10 −6.0,01865 − Cos147,910 ( ) ) − 0,5.13451,15.10 − 6.0,01865 Sin147,910 − Cos147,910 = 42,121.10 − [ MN m] N j = 6102,41.Cos147,91 + 0,5.13451,15.( Sin147,91 − Cos147,910 ) = 4100,92[ N ] 0 Vì bạc lót lắp chặt đầu nhỏ nên lắp ráp đầu nhỏ chịu ứng suất kéo dư đầu nhỏ giảm tải [3]: N k = χ N j [N] Ở đây: χ -hệ số giảm tải, phụ thuộc vào độ cứng chi tiết lắp ghép [3]: χ= E d Fd E d Fd + Eb Fb Trong đó: Eđ = 2,2.105 [MN/m2]- mơđun đàn hồi thép (vật liệu chế tạo truyền) Eb= 1,15.105 [MN/m2]- môđun đàn hồi vật liệu chế tạo bạc lót đầu nhỏ Fđ- tiết diện dọc đầu nhỏ truyền Fđ = (d2 - d1).lđ = (41,44 - 33,15).36 = 298,44 [mm2 ] Fb- tiết diện dọc bạc lót đầu nhỏ truyền Fb = (d1 - db).lđ db- đường kính bạc: db = dcp + D’ = 29,12+0,03=29.15 [mm] ⇒ Fb = (d1 - db).lđ = (33,15- 29,15).36 = 144 [mm2 ] E d Fd 2,2.10 5.298,44.10 −6 = = 0,798 ⇒ χ= E d Fd + E b Fb 2,2.10 5.298,44.10 −6 + 1,15.10 5.144.10 −6 Vậy lực kéo thực tế tác dụng lên đầu nhỏ truyền [3]: N k = χ N j = 0,798.4100,92 = 3272,53[ N ] Anh hưởng ứng suất dư lắp ghép bạc lót mơmen uốn khơng lớn ta bỏ qua Ta tính ứng suất tổng cộng tác dụng lên mặt mặt đầu nhỏ tiết diện ngàm C-C [3]: * Ứng suất tổng cộng mặt ngoài: 6ρ + s σ nj = 2.M j + Nk s( ρ + s ) l d s 6.18,65.10 −3 + 8,29.10 −3 σ nj = 2.42,121.10 −6 + 3272,53.10 −6 −6 −6 8,29.(2.18,65 + 8,29).10 36.8,29.10 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 51 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh σ nj = 100,73[ MN / m ] (với s= d2 - d1 = 8,29 mm la chiều dày đầu nhỏ truyền) * Ứng suất tổng cộng mặt trong: 6.ρ − s σ tj = − 2.M j + Nk s.( 2.ρ − s ) l d s 6.18,65.10 −3 − 8,29.10 −3 −6 σ tj = − 2.42,121.10 −6 + 3272 , 53 10 −6 −6 8,29.( 2.18,65 − 8,29).10 36.8,29.10 σ tj = −110,645[ MN / m ] a.2 Tính đầu nhỏ truyền chịu nén Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ hợp lực lực khí thể lực quán tính [3]: P1 = Pkt + Pj = p kt FP − m.R.ω (1 + λ ).FP Trên đồ thị khai triển pkt, pj, sau cộng đồ thị ta xác định giá trị p1max góc â = 375 sau: p1 = 170[mm], với mp = 0,022[MN/m2 mm] ⇒ P1 = p1 µ p FP = 170.0,022.8494,87.10 −6 = 31767,56.10 −6 [ MN ] = 31767,56[ N ] Theo Kinaxôtsvily lực P1 phân bố đầu nhỏ theo đường Cơsin hình 2.13.a C B γ A A A ρ C B C B NA MA γ γ C ρ B γ A Hình 2.13 Sơ đồ lực tác dụng đầu nhỏ truyền chịu kéo Sơ đồ tính tốn biểu thị hình 2.15.b Mơmen uốn lực pháp tuyến cung AB (γ x ≤ 900 ) [3]: M z1 = M A + N A ρ (1 − Cosγ x ) N z1 = N A Cosγ x Mômen uốn lực pháp tuyến cung BC (γ x ≥ 900 ) [3]: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 52 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Sinγ x γ x M z = M A + N A ρ (1 − Cosγ x ) − P1 ρ − Sinγ x − Cosγ x π π Sinγ x γ x N z = N A Cosγ x + P1 − Sinγ x − Cosγ x π π (γ tính theo radian) Tại tiết diện C−C nguy hiểm nhất, mơmen uốn lực pháp tuyến tính [3]: Sinγ γ M z = M A + N A ρ (1 − Cosγ ) − P1 ρ − Sinγ − Cosγ [ N m] π π Sinγ γ N z = N A Cosγ + P1 − Sinγ − Cosγ [ N ] π π Ở đây: MA , NA xác định từ đồ thị hình 11-13 [3], ta có: Với γ = 147,910 [3]: • • MA = 0,0025 ⇒ MA = 0,0025.31767,56.18,65.10-3 = 1,48[N.m] P1 ρ NA = 0,0055 ⇒ NA = 0,0055.31767,56 = 174,72 [N] P1 Thay MA, NAvào (2.32) (2.33) ta được: M z = 1,48 + 174,72.0,01865.(1 − Cos147,910 ) Sin147,910 147,91 π − 31767,56.0,01865. − Sin147,910 − Cos147,910 = −51,01[ N m] π 180 π N z = 174,72.Cos147,91 Sin147,910 147,91 π + 31767,56. − Sin147,910 − Cos147,910 = 2989,39[ N ] π 180 π Do lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ chịu sẵn lực kéo nên lực pháp tuyến thực tế tác dụng lên đầu nhỏ [3]: N KZ = χ N Z = 0,798.2989,39 = 2385,53[ N ] Ứng suất nén mặt ngoài, mặt tiết diện C-C tính theo cơng thức sau [3]: * Ứng suất nén mặt ngoài: 6.ρ + s σ nz = 2.M z + N kz s.( 2.ρ + s ) l â s 6.18,65.10 −3 + 8,29.10 −3 = 2 − 51,01.10 −6 + 2385,53.10 −6 −3 −3 −3 −3 −3 8,29.10 2.18,65.10 + 8,29.10 36.10 8,29.10 = −100,72 MN / m ( ) [ ] ( ) * Ứng suất nén mặt trong: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 53 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh 6.ρ − s σ tz = − 2.M z + N kz s.( 2.ρ − s ) l â s 6.18,65.10 −3 − 8,29.10 −3 −6 −6 = − 2.( − 51,01.10 ) + 2385 , 53 10 −3 −3 −3 −3 −3 8,29.10 ( 2.18,65.10 − 8,29.10 ) 36.10 8,29.10 [ = 155,27 MN / m ] Đầu nhỏ chế tạo vật liệu thép hợp kim có [sk]=100÷180[MN/m2] nên đầu nhỏ thõa điều kiện bền kéo a.3 Ứng suất biến dạng Ứng suất biến dạng đầu nhỏ sinh hai ngun nhân: • Bạc lót lắp ghép có độ dơi với đầu nhỏ truyền gây biến dạng dư • Khi động làm việc, nhiệt độ đầu nhỏ truyền có đến 3700K÷4300K truyền bạc lót giãn nở Nhưng vật liệu bạc lót truyền khác nên mức độ giãn nở khác nên gây ứng suất nén Độ giãn nở đầu nhỏ truyền chịu nhiệt tính theo cơng thức sau [3]: ∆t = (αb − αt).t.d1 Ở đây: αb = 1,8.10-5- hệ số giãn dài đồng (vật liệu làm bạc lót) αtt= 1.10-5- hệ số giãn dài thép (vật liệu chế tạo truyền ) t- nhiệt độ làm việc bạc lót đầu nhỏ truyền, t = (3700K÷ 4300K) Chọn t = 4300K d1-đường kính đầu nhỏ, d1 = 33,15[mm] ⇒ Dt = (1,8.10-5 - 1.10-5).430.33,15 = 9978,15.10-5[mm] Độ dôi lớn ∆ mối ghép bạc lót với đầu nhỏ truyền xác định sau: Chọn kiểu lắp bạc lót đầu nhỏ truyền H7/k6 [4], với kích thước đường kính đầu nhỏ d1= 33,15mm, ta xác định giá trị sai lệch sau: ES = +25µm; 33,15H8 ⇒ EI = 0; es = +18µm; ei = +2 µm; 56u8 ⇒ Vậy độ dôi lớn nhất: Nmax = dmax - Dmin = es - EI = 25 - 0=[µm] Như vậy: ∆ = 25[µm] = 0,025[mm] Tổng độ dơi (∆ + ∆t) sinh áp suất nén lên bề mặt lắp ghép Nếu coi áp suất số phân bố khắp mặt trụ lắp ghép xác định theo cơng thức sau [3]: p= ∆ + ∆t 2 d + d1 d1 + d b − µ + µ 2 d1 − d b d − d1 d1 + Ett Eb 2 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 54 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Ở đây: d1- đường kính đầu nhỏ truyền, d1 = 56[mm] d2- đường kính đầu nhỏ truyền, d2 = 70[mm] db- đường kính bạc, db = 29,15[mm] µ = 0,3- hệ số Poatxông Ett = 2,2.105[MN/m2]- môđun đàn hồi thép (vật liệu truyền) Eb = 1,15.105 [MN/m2]- môđun đàn hồi đồng (vật liệu bạc lót) p= ⇒ 0,025 + 0,0997815 MN = 43,03 41,44 + 33,15 33,15 + 29,15 m + , − , 41,44 − 33,15 33,15 − 29,15 33,15. + 2,2.10 1,15.10 2 2 Ứng suất biến dạng đầu nhỏ truyền tính theo cơng thức Lame [3]: • Ứng suất mặt ngồi đầu nhỏ truyền: σ ∆n = p 2.d1 2 d − d1 = 43,03 2.33,15 = 152,93 [MN/m2] 41,44 − 33,15 • Ứng suất mặt đầu nhỏ truyền: σ ∆t = p 2 2 d + d1 d − d1 41,44 + 33,15 = 43,03 = 241,51 [MN/m2] 41,44 − 33,15 Ứng suất biến dạng cho phép [sD]= 100÷ 250[MN/m2] Như ứng suất biến dạng sinh đầu nhỏ truyền đạt giá trị cho phép a.4 Hệ số an toàn đầu nhỏ Ứng suất đầu nhỏ truyền thay đổi theo chu kỳ không đối xứng Ứng suất cực đại chu trình [3]: σ max = σ nj + σ ∆n = 100,73 + 112,93 = 253,66[ MN / m ] Ứng suất cực tiểu chu trình [3]: σ = σ nz + σ ∆n = −100,72 + 152,93 = 52,21[ MN / m ] ⇒ Biên độ ứng suất: σ − σ 253,66 − 52,21 σ a = max = = 100,725[ MN / m ] 2 Ứng suất trung bình: σ + σ 253,66 + 52,21 σ m = max = = 152,94[ MN / m ] Hệ số an toàn: nσ = σ −1 σ a + ψ σ σ m Ở đây: s-1- giới hạn mỏi vật liệu chu trình đối xứng [5]: σ-1 = (0,4÷ 0,5)σb Thép 40X có [5]: sb = 765 [MN/m2] Chọn s-1= 0,5.sb = 0,5.765 = 382,5 [MN/m2] GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 55 Đồ án mơn học: Kết cấu tính toán động ys- hệ số: ψσ = SVTH: Đặng Thế Anh 2.σ −1 − σ σ0 Trong đó: s0- giới hạn mỏi vật liệu chu trình mạch động [5]: σ0=(1,4÷ 1,6)σ-1 Chọn σ0 = 1,5.σ-1 = 1,5.344,25 = 573,75 [MN/m2] 2σ − σ 2.382,5 − 573,75 = = 0,33 ⇒ ψ σ = −1 σ0 573,753 382,5 = 2,53 100,725 + 0,33.152,94 Hệ số an toàn cho phép [ nσ ] = 2,5 ÷ Như đầu nhỏ truyền thỏa mãn điều kiện nσ = an toàn a.5 Độ biến dạng đầu nhỏ truyền Khi chịu tải Pj, đầu nhỏ truyền biến dạng gây kẹt chốt bạc lót đầu nhỏ Để khơng bị kẹt, độ biến dạng theo hướng kính đầu nhỏ truyền d không lớn khe hở lắp ghép ban đầu bạc lót chốt piston Độ biến dạng hướng kính d tính theo cơng thức [3]: Pj d tb (γ − 90 ) [mm] δ= 10 E.J Ở đây: Pj- lực qn tính nhóm piston: Pj = mnp j max = 1,7.7912,44 = 13451,15[ N ] dtb- đường kính trung bình đầu nhỏ: d tb = 2.ρ = 2.18,65 = 37,3[ mm] E- môđun đàn hồi: E = 2.105 [MN/m2] J- mơmen qn tính tiết diện dọc đầu nhỏ truyền: [ ] l â s 0,036.0,00829 = = 16,7.10 −10 m 12 12 −6 13451,15.10 0,03733.(147,910 − 90 ) δ = = 63,72.10 −9 [ m] = 63,72.10 −6 [ mm] Vậy: −10 10 2,2.10 16,7.10 J= Độ biến dạng cho phép: [δ] ≤ 0,02 ÷ 0,03 [mm] Như đầu nhỏ truyền thỏa mãn điều kiện biến dạng b Tính tốn sức bền thân truyền Động Zil-130 loại động chữ V nên làm việc, thân truyền chịu lực sau đây: • Lực khí thể; • Lực qn tính khối lượng chuyển động tịnh tiến; • Lực quán tính chuyển động lắc (tức chuyển động song phẳng )của truyền; Vì trạng thái chịu lực truyền thường là: • Chịu nén uốn dọc hợp lực lực khí thể lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến; GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 56 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh • Chịu kéo tác dụng lực quán tính chuyển động tịnh tiến; • Chịu uốn ngang tác dụng lực quán tính chuyển động lắc truyền; Lực tác dụng lên thân truyền: P1 = Pz + Pj = p z FP − m.R.ω (1 + λ ).FP = 31767,56[ N ] b.1 Tính sức bền mỏi thân truyền chịu tải trọng thay đổi Mục đích việc tính tốn xác định hệ số an toàn thân truyền tiết diện trung bình tiết diện nhỏ chịu kéo, nén uốn dọc * Ứng suất tổng lớn chịu nén uốn tiết diện trung bình (uốn theo trục x_x y_y) [3]: y h σ y ,max x x b/2 H P1 k x Ftb P1 = k y Ftb σ x ,max = y B truyền Hình 2.14 Tiết diện ngang thân Ở đây: Ftb- diện tích tiết diện trung bình thân truyền b Ftb ≈ H B − 2.(h ) Trong đó: H = 38[mm] B = 0,75.H = 0,75.38 = 28[mm] h = 0,668.H = 0,668.38 = 25,4[mm] b/2 = 0,292.H = 0,292.38 = 11,1[mm] ⇒ Ftb ≈ 38.28 − 2.( 25,4.11,1) = 332,49[ mm ] = 332,49.10 −6 [ m ] kx, ky- hệ số xác định theo công thức sau [3]: l2 i x2 l12 k y = + C 4.i y k x = + C Trong đó: C- hệ số; C = σy π E ix, iy- bán kính quán tính tiết diện trục x_x, y_y: J i= Ftb Các loại truyền thường dùng nay, hệ số: k x ≈ k y ≈ 1,1 ÷ 1,15 Chọn kx = ky = 1,15 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 57 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh 31767,56.10 −6 1,15 = 109,88 MN / m −6 332,49.10 −6 31767,56.10 = 1,15 = 109,88 MN / m 332,49.10 −6 σ x ,max = [ ] σ y ,max [ ] ⇒ Ứng suất cho phép thân truyền làm thép hợp kim: [s ]= 100÷180 [MN/m2] Như thân truyền đảm bảo độ bền nén uốn * Ứng suất kéo tiết diện trung bình(do lực Pjt gây ra) [3]: σk = Pjt Ftb Ở đây: Pjt = Pjmax +Pj = 13451,15+ (0,4.mtt).jmax=(13451,15+ 0,4.2,5.7912,44).10-6 Pjt= 21363,59.10-6 [MN/m2] ⇒ σk = [ 21363,59.10 −6 = 64,25 MN / m −6 332,49.10 ] * Hệ số an tồn tiết diện trung bình [3]: 2.σ −1 nσ = (σ x,max − σ k ) + ψ σ (σ x,max + σ k ) 2.σ −1 nσ = (σ y ,max − σ k ) + ψ σ (σ y,max + σ k ) x y 2.382,5 = 7,42 (109,88 − 64,25) + 0,33.(109,88 + 64,25) 2.382,5 = = 7,42 (109,88 − 40,46) + 0,33.(109,88 + 40,46) nσ x = ⇒ nσ y b.2 Tính sức bền thân truyền theo hệ số an toàn tiết diện nhỏ * Ứng suất nén lớn tiết diện nhỏ thân truyền [3]: σ n ,max = P1 Fmin Ở đây: P1- hợp lực khí thể lực quán tính, P1 = 31767,56[N] Fmin- diện tích tiết diện nhỏ thân truyền b Fmin ≈ H B − 2.(h ) Tại tiết diện nhỏ nhất: H = 30[mm] B = 0,75.H = 0,75.30 = 22,5[mm] h = 0,668.H = 0,668.30 =20 [mm] b/2 = 0,292.H = 0,292.30=8,76[mm] [ ] [ ] Fmin = 30.22,5 − 2.( 20.8,76 ) = 256,01 mm = 256,01.10 −6 m ⇒ σ n ,max = [ 31767,56.10 −6 = 124,09 MN / m −6 256,01.10 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam ] Trang 58 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh * Ứng suất kéo gây lực quán tính P jđ khối lượng nhóm piston đầu nhỏ truyền tiết diện nhỏ [3]: σ kj = Pjâ Fmin Pjđ = (m+m1).jmax = (1,7+0,75).7912,44= 19385,48.10-6 [MN] ⇒ σ kj = [ 19385,48.10 −6 = 75,72 MN / m 256,01.10 −6 ] * Hệ số an toàn tiết diện nhỏ xác định theo công thức [3]: 2.σ −1 nσ = (σ n,max − σ kj ) + ψ σ (σ n,max + σ kj ) nσ = 2.382,5 = 6,69 (124,09 − 75,72) + 0,33.(124,09 + 75,72) c Tính tốn sức bền đầu to truyền Vị trí tính tốn thường chọn ĐCT, đầu to truyền chịu tác dụng hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến lực qn tính chuyển động quay khơng xét đến khối lượng nắp đầu to Lực tác dụng lên đầu to [3]: Pâ = Pj + Pkâ = [ m.R.ω (1 + λ ).FP + ( m2 − mn ).R.ω FP ] Pâ = R.ω FP [ m.(1 + λ ) + ( m2 − mn ) ] Ở đây: m- khối lượng chuyển động tịnh tiến nhóm piston truyền m = 2,45[kg] m2- khối lượng chuyển động quay truyền m2 = 0,7.mtt = = 1,75 [kg] mn- khối lượng nắp đầu to truyền: mn = Fâ l ck ρ ât Trong đó: π 2 Fđ- tiết diện dọc đầu to truyền: Fâ = ( d − d1 ) Với d1, d2 xác định sau: • Đường kính chốt khuỷu: dck = 70[mm] • Chiều dày bạc lót đầu to (bạc lót mỏng): δ = 2[mm] • Chiều dày đầu to (có kể bạc lót): s = (0,1ữ0,25).dck = 15[mm] ã ng kớnh ca u to: d1 = dck + 2.2 = 74[mm] • Đường kính đầu to: d2 = dck +2.s = 100[mm] π ⇒ Fâ = (0,12 − 0,074 ) = 0,355[ dm ] lck- chiều dài chốt khuỷu: lck = 52[mm] = 0,52[dm] ρđt- khối lượng riêng vật liệu đầu to(thép): ρđt = 7,8[kg/dm3] ⇒ mn = 0,355.0,52.7,8 = 1,44[ kg ] GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 59 Đồ án mơn học: Kết cấu tính toán động SVTH: Đặng Thế Anh Các khối lượng m, m2, mn tính đơn vị diện tích đỉnh piston: [ ] m 2,45 = = 288,41 kg / m FP 8494,87.10 −6 m 1,75 m2 = = = 206 kg / m −6 FP 8494,87.10 m 1,44 mn = n = = 169,5 kg / m −6 FP 8494,87.10 m= [ ] [ ⇒ ] Pâ = 47,5.10 −3.366,52 2.8494,87.10 −6.[ 288,41.(1 + 0,24) + (206 − 169,5)] Pâ = 21364[ N ] = 0,021364[ MN ] B C C B γο β A MA NA p đầu to truyền pCosβ Hình 2.15 Sơ đồ tính tốn sứcAbền c Lực P đ gây ứng suất lớn tiết diện A-A (hình2.15) nắp đầu to Mơmen uốn lực pháp tuyến tác dụng tiết diện A-A nắp đầu to tính gần theo công thức sau [3]: c M A = Pâ ( 0,0127 + 0,00083.γ ) N A = Pâ ( 0,522 + 0,003.γ ) (2.53) Ở đây: c- khoảng cách hai đường tâm bulơng truyền c = (1,2÷1,25).dck = (1,5÷1,6).60 = (90÷96) [mm] Chọn c= 92 ê0- góc đường thẳng vng góc với đường tâm truyền tiết diện ngàm H = 46[mm], ρ1 = 76[mm], r2 = 42[mm] ρ =( d2+d1)/4= (84+66 )/4 =37,5[m] H +ρ Ta ê0 = ( arccos + 90 ) = 151,97 r2 + ρ1 Mômen uốn lực pháp tuyến tác dụng nắp đầu to tiết diện A-A [3]: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 60 Đồ án mơn học: Kết cấu tính toán động SVTH: Đặng Thế Anh Jâ J â + J b Fâ N = N A Fâ + Fb M = M A (2.54) Ở đây: Jđ- mơmen qn tính nắp đầu to truyền tiết diện A-A 3 l ck ( s − δ ) 52.(15 − ) Jâ = = 12 12 = 9520,33[ mm ] Jb- mơmen qn tính bạc lót nắp đầu to truyền tiết diện A-A l ck δ 52.2 Jb = = 12 = 34,67[mm ] 12 Fđ- diện tích nắp đầu to truyền tiết diện A-A Fâ = l ck ( s − δ ) = 52.(15 − ) = 676[mm ] Fb- diện tích bạc lót nắp đầu to truyền tiết diện A-A Fb = l ck δ = 52.2 = 104[mm ] 92.10 −3 9520,33 M = 0,021364 0,0127 + 0,00083.151,97 = 13,59.10 −5 [ MN m] 9520,33 + 34,67 676 N = 0,021364 0,522 + 0,003.151,97 = 0,0181[ MN ] 676 + 104 ( ⇒ ( ) ) Do ứng suất lớn tác dụng nắp đầu to [3]: σΣ = M N + Wu Fâ (2.55) Ở đây: Wu- môđun chống uốn nắp đầu to tiết diện A-A 2 l ck ( s − δ ) 52.(15 − ) [ Wu = ⇒ ] = = 1464,67 mm 6 13,59.10 −5 0,0181 σΣ = + = 119,56 MN / m −9 1464,67.10 676.10 −6 [ ] Thép hợp kim có: [σ] = (100 ÷ 200) [MN/m2] Như đầu to thoả mãn điều kiện bền Ngoài để đảm bảo điều kiện làm việc mối ghép dễ hình thành màng dầu bôi trơn mối ghép, ta kiểm tra độ biến dạng hướng kính Ơd đầu to truyền theo công thức sau [3]: 0,0024.Pâ c ∆d = Eâ ( J â + J b ) (2.56) Ở đây: Eđ- môđun đàn hồi vật liệu chế tạo đầu to truyền; Eđ = 2,2.105[MN/m2] ⇒ ∆d = 0,0024.0,021364.0,092 = 7,38.10 −5 [ m] = 0,0738[ mm] 2,2.10 5.( 9520,33 + 34,67 ).10 −12 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 61 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Khe hở cho phép: [Ơd] = (0,06 ÷ 0,1)[mm] Như biến dạng nằm giới hạn cho phép 2.2.2 Bulông truyền 2.2.2.1 Trạng thái làm việc, vật liệu chế tạo kết cấu Bulông truyền chi tiếi nhỏ quan trọng Trong trình làm việc, bulơng truyền chịu lực sau: • Lực siết ban đầu lắp ghép; • Lực quán tính chuyển động tịnh tiến lực quán tính chuyển động quay (khơng tính khối lượng đầu to truyền); Vật liệu chế tạo bulông truyền thép hợp kim 40X Kết cấu bulông truyền phải đủ sức bền, độ cứng vững, phải có sức bền mỏi cao Khi thiết kế phải đảm bảo bulông chịu lực kéo, tránh lực cắt lực uốn Có biện pháp tăng sức bền chóng mỏi bulơng truyền làm góc lượn chổ thay đổi kích thước đường kính (bán kính góc lượn 0,2÷1mm), làm thắt chổ phần thân nối với ren dùng biện pháp cơng nghệ 2.2.2.2 Tính tốn sức bền bulơng truyền Trong q trình lắp ghép, bulông truyền chịu lực kéo tĩnh siết chặt bulông Lực gây ứng suất kéo xoắn bulơng Trong q trình làm việc, bulơng truyền chịu ứng suất thay đổi lực quán tính chuyển động thẳng lực qn tính li tâm khơng kể khối lượng nắp đầu to Lực tác dụng bulông truyền tính theo cơng thức sau [3]: Pb = Pj + Pkâ = FP R.ω [ m.(1 + λ ) + ( m2 − mn ) ] / z Ở đây: z- số bulông truyền; z = ⇒ Pb = Pâ Pâ 0,021364 = = = 0,010682[ MN ] z 2 Lực siết bulông truyền P A phải đảm bảo mối ghép chặt q trình làm việc khơng gây biến dạng dẻo bulơng Theo kinh nghiệm thường chọn: P A = (2÷4)Pb Ta chọn: PA = 2.Pb, lực PA tạo ứng suất dư ban đầu Do có lực P b tác dụng, bulông truyền chịu thêm phần lực Pb ÷.Pb Hệ số: χ= Fb Fb + Fâ Ở đây: Fđ- diện tích biến dạng đầu to Fb- diện tích tiết diện bulơng Với Fâ ≈ ÷ χ = ( 0,15 ÷ 0,25) , chọn ÷ = 0,2 Fb Vậy hợp lực tác dụng lên bulông là: Pbt = PA + χ Pb = 2.Pb + 0,2.Pb = 2,2.Pb = 2,2.0,010682 = 0,0235[ MN ] Ứng suất kéo bulông trình làm việc [3]: GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 62 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động σk = SVTH: Đặng Thế Anh Pbt P 4.Pbt = bt = Fb π d π d 02 (2.57) Ở đây: d0- đường kính tiết diện nhỏ bulơng (tại chân ren) Chọn d0=15 [mm] ⇒ d = 0,85.d b = 0,85.15 = 12,75[ mm] 4.0,0235 σk = = 184,06 MN / m π 0,01275 [ ] Ngồi ra, siết bulơng lực siết ban đầu PA gây mômen xoắn bulông sau [3]: M x = µ PA d tb (2.58) Ở đây: - hệ số ma sát; lấy = 0,1 dtb- đường kính trung bình ren ốc d b + d 15 + 12,75 = = 13,875[ mm] 2 0,013875 M x = 0,1.2.0,010682 = 1,48.10 −5 [ MN m] d tb = ⇒ Do ứng suất xoắn [3]: τx = [ Mx Mx 1,48.10 −5 = = = 21,96 MN / m W x 0,2.d b3 0,2.0,015 ] Ứng suất tổng [3]: σ Σ = σ k2 + 4.τ x2 = 184,06 + 4.21,96 = 189,23[ MN / m ] Đối với thép hợp kim [σ Σ ] = (120 ÷ 250)[ MN / m ] Vậy bulông truyền thoả mãn điều kiện bền 2.2.3 Bạc lót đầu to truyền 2.2.3.1 Vật liệu chịu mịn Do đặc điểm kết cấu, điều kiện làm việc động cơ, vật liệu chịu mòn dùng làm ổ trục phải thoả mãn u cầu sau: • Có tính chống mịn tốt; • Có độ cứng thích đấng độ dẻo cần thiết; • Chóng rà khít với bề mặt trục; • Ở nhiệt độ cao sức bền giảm sút; • Truyền, dẫn nhiệt tốt, giãn nở; • Giữ dầu bôi trơn; • Dễ đúc dễ bám vào vỏ thép; Vật liệu chịu mịn là: kim loại, phi kim, kim loại gốm Động Zil-130 dùng hợp kim đồng chì thuộc nhóm kim loại để làm lớp chịu mịn Bởi có ưu điểm sau: • Sức bền học cao, chịu nhiệt độ cao; • Độ cứng cao, giảm nhiệt độ cao; • Chịu áp suất bề mặt ổ lớn; • Dẫn nhiệt tốt; GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 63 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh Tuy nhiên việc dùng hợp kim đồng chì có khuyết điểm chế tạo sử dụng Kết cấu bạc lót: bạc lót đầu to thành hai nửa, cấu tạo gồm gộp bạc thép ngồi lớp hợp kim đồng chì tráng lên mặt bạc Trong động Zil-130, ta dùng bạc lót mỏng: chiều dày gộp bạc 3[mm], chiều lớp hợp kim đồng chì 0,5[mm] TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động đốt Nhà xuất Giáo dục 2000 Hồ Tấn Chuẩn- Nguyễn Đức Phú- Trần Văn Tế- Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính tốn động đốt trong- tập I Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp 1979 Hồ Tấn Chuẩn- Nguyễn Đức Phú- Trần Văn Tế- Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính tốn động đốt trong- tập II Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp 1979 Ninh Đức Tốn Dung sai lắp ghép Nhà xuất Giáo dục 2001 Nguyễn Trọng Hiệp- Nguyễn Văn Lẫm Thiết kế chi tiết máy Nhà xuất Giáo dục 2001 GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam Trang 64 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động GVHD: PGS.TS Trần Văn Nam SVTH: Đặng Thế Anh Trang 65 ... Trần Văn Nam Trang 29 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động SVTH: Đặng Thế Anh 2.ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TỐN SỨC BỀN NHÓM PISTON THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ZIL- 130 2.1 NHĨM PISTON Nhóm piston gồm có piston,... buồng cháy, chu trình cơng tác động cơ, áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston có trị số thay đổi nhiều, lực khí thể có tính va đập lớn, số vòng quay động cao nên lực quán tính tác dụng lên piston... xác định phụ tải tính sức bền trục Cách xây dựng tiến hành sau : - Vẽ tọa độ T -Z gốc tọa độ O1 chiều âm dương hình 1.6 - Tính lực qn tính khối lượng chuyển động quay truyền (tính đơn vị diện