THIẾT kế NHÓM PISTON THANH TRUYỀN

PHẦN 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PISTON-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ XD40220 3.1.1.2 Kết cấu piston a.Piston Hình 3.1 Kết cấu piston 1-Đỉnh piston ; 2,3-Rảnh lắp xéc măng khí ; 4-Rảnh lắp xéc măng dầu 5-Đường dầu ; 6- Vòng chặn chốt piston ; 7-Chốt piston - Piston đúc hợp kim nhẹ, khối lượng piston tương đối nhẹ, để giảm bớt lực quán tính chuyển động tịnh tiến.Trên piston có bố trí rãnh để lắp xéc măng, có hai xéc măng khí xéc măng dầu Đỉnh piston có dạng nên diện tích chịu nhiệt bé Đường kính piston D = 75 [mm] Hành trình piston S =78,5 [mm] - Đầu piston bao gồm đỉnh piston vùng đai lắp xéc măng dầu xéc măng khí làm nhiệm vụ bao kín Đỉnh piston có dạng kiểu lõm Loại buồng cháy tạo xoáy lốc mạnh q trình nén để hình thành khí hỗn hợp tốt - Thân piston phần phía rãnh xéc măng dầu cuối đầu piston, làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động xylanh chịu lực ngang N - Chân piston có vành đai để tăng độ cứng vững Đồng thời chân piston gọt bớt phần kim loại để giảm khối lượng cho piston b Chốt piston - Chốt piston chi tiết máy nối piston với truyền, truyền lực tác dụng khí thể tác dụng piston cho truyền để làm quay trục khuỷu - Vật liệu làm chốt piston thép cacbon thép hợp kim có thành phần cacbon thấp - Kết cấu chốt piston đơn giản, hình trụ rỗng nhẹ Bề mặt bên chốt có dạng hình trụ nên dễ chế tạo Đường kính ngồi chốt piston 19 [mm] - Chốt piston lắp tự c.Xéc măng Đầu piston bố trí xéc măng gồm xéc măng khí xéc măng dầu Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn khơng để khí cháy lọt xuống cacte Xéc măng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu nhờn sục lên buồng cháy Hình 2- 1: Xéc măng 1- Xéc măng dầu, 2- Xécmăng khí - Vật liệu làm xéc măng gang xám hợp kim - Xéc măng có kết cấu đơn giản, có dạng vịng thép hở miệng 3.1.1.3 Tính nghiệm bền piston a Xác định kích thước Hình 3.1 Sơ đồ tính tốn piston  Chiều dày đỉnh Ta chọn: có làm mát đỉnh: ( 0,04-0,07 ).D = 0,07.94=6.58 [ mm ]  Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất: (0.6-1.2) Ta chọn: c = 1,2 6.58 = 7,896 [ mm ]  Chiều dày s phần đầu: (0.06-0.12)D Ta chọn: s = 0,12.94= 11,28 [ mm ]  Chiều cao H piston: (0.5-0.8)D Ta chọn: H = 0,7.94= 65,8 [ mm ]  Vị trí chốt piston: (0.35-0.45)D Ta chọn: =0,45.94= 42,3 [ mm ]  Đường kính chốt dcp: ( 0,25-0.35).D Ta chọn: dcp = 0,3.94= 28,2 [ mm ]  Đường kính bệ chốt db: ( 1,3 – 1,6 ).dcp Ta chọn: db = 1,5.28,2= 42,3 [ mm ]  Đường kính chốt d0: ( 0,6 – 0,8 ).dcp Ta chọn: d0 = 0,7.28,2 = 19,74[ mm ]  Chiều dày phần thân s1: (0.02-0.03)D Ta chọn: s1 = 0,03.94= 2,82 [ mm ]  Số xéc măng khí: -3 Ta chọn:  Chiều dày hướng kính t: (1/25-1/32)D Ta chọn: t = 94.1/30= 3,13 [ mm ]  Chiều cao a: ( 0,3 – 0,6 ).t Ta chọn: a = 0,6.3,13 = 1.878 [ mm ]  Số xéc măng dầu: – Ta chọn:  Chiều dày bờ rảnh a1: Ta chọn: a1 =1,3.1,5= [ mm ]  Đường kính D2=D-2t-2s D2 = 94-2.3,13-2.11,28= 65,81[ mm ]  Đường kính D1=D-2t D1=94-2.3,13= 87,74[ mm ]  Đường kính Di =(D+D2)/2 Di=(94+65,81)/2= 79,905 [ mm ] b.Tính nghiệm bền đỉnh piston Hình 3.2 Sơ đồ tính đỉnh piston  Mơ men uốn đỉnh là: Mu=pz/2.(Di/π-2D/3π) Khi Mu=0,019/2.(0,065/π-2.0,075/3π)= 0.039.10^-3 (MN.m)  Mơ đun chống uốn tiết diện đỉnh Wu=1/6.D δ^2 Wu= 1/6.0,065.0,0055^2 = 0,289.10^-6 (MN.m)  Ứng suất uốn đỉnh piston : σu =pz.D^2/(4.δ^2) σu= 4,3.0,065^2/(4.0,0055^2)= 154,8 (MN.m) Ứng suất cho phép [σ] =100-190 Ta thấy σu < [σ] nên thỏa mãn c Tính nghiệm bền đầu piston: Thường phải tính ứng suất tiết diện nguy hiểm Tiết diện tiết diện bé cắt qua rãnh xecmăng dầu đầu pittông Tiết diện chịu kéo lực quán tính âm lớn khối lượng m I-I phần pittơng phía tiết diện sinh Ngồi cịn chịu ứng suất nén lực khí thể (khơng xét lực qn tính) trình cháy giãn nở * ứng suất kéo: Trong đó: m1- khối lượng phần đầu piston phía tiết diện nguy hiểm ; chọn m1 =0,6mp =0,6.0,6= 0,36 [ kg ] Jmax- gia tốc tịnh tiến lớn F1 diện tích tiết diện nguy hiểm Trong đó: r khoảng cách từ tâm đỉnh piston đến mép ngàm cố định đỉnh =75/2 – ( + )= 26,55 [mm ] D- đường kính đỉnh piston; D = 75 [mm] s- chiều dày phần đầu piston; s = [mm] a1- chiều dày bờ rãnh; a1 = [mm] Fld :diện tích tiết diện lỗ dầu = 8.2.9 = 144 mm2 Với: n- số lỗ dầu; n = lỗ - đường kính lỗ dầu;  = 1.5[mm]  F1 = [ (75 – 2)^2 – (2.26,55)^2] – 144 = 1832 mm^2 Vậy ứng suất kéo : σk = = 2,9 [MN/m2] Ứng suất cho phép Vậy đảm bảo điều kiện bền * ứng suất nén: σn = = 10,36 [MN/m2] Ứng suất cho phép nhơm: Vậy đảm bảo điều kiện bền d Tính nghiệm bền thân piston: Mục đích chủ yếu việc tính bền thân piston chọn chiều cao thân để áp suất piston nén lên xylanh không lớn tạo điều kiện dễ bôi trơn đỡ hao mịn Kiểm nghiệm theo cơng thức sau: đây: Nmax: lực ngang lớn Trên đồ thị động lực học, ta xác định áp suất N max = 15,55 [mm], tương ứng với gía trị thực là: Nmax = 15,55.0,0253 =0,393 [MN/m2] Vậy giá trị lực ngang lớn là: Nmax = 0,393.1736.10^-6 = 1,7.10^-3 Kth- áp suất tiếp xúc thân với xylanh; Với động khảo sát loại động tốc độ cao: [Kth] = (0,6 – 1,2) [MN/m2] Ta tính chiều dài thân piston: Với Kth = 1,2 [MN/m2]: lth = = 0,0193 [m] = 19,3 [mm] Với Kth = 0,6 [MN/m2]: lth = = 0,0378 [m] = 37,8 [mm] Như để tạo điều kiện dễ hình thành màng dầu bơi trơn, chiều dài thân piston nằm khoảng: lth = (19,3-37,8) [mm] Chọn lth = 35 [mm] Khi áp suất sinh thân piston với xylanh: Kth= 1,7.10^-3/(0,035.0,075) = 0,65 MN/m^2 Như với kích thước lth chọn đảm bảo điều kiện bôi trơn tốt Áp suất tiếp xúc bệ chốt piston xác định theo cơng thức tương tự: Trong đó: Pz- lực khí thể lớn nhất; Pz = pz.FP = 4,3.1736.10-6 = 0,007 [MN/m2] l1- chiều dài phần làm việc bệ chốt piston;(Chiều dài bệ chốt tiếp xúc với chốt) Kb- áp suất tiếp xúc cho phép; Với việc chọn kiểu lắp chốt piston tự do, áp suất tiếp xúc cho phép: [Kb] = (20 - 30) [MN/m2] Với Kb = 20 [MN/m2]: l1= = 0,021 [m]= 21 [mm] Với Kb = 30 [MN/m2]: l1= = 0,014[m]= 14 [mm] Như để tạo điều kiện dễ hình thành màng dầu bơi trơn, mài mòn chiều dài làm việc bệ chốt l1 nằm khoảng: l1 = (14-21) [mm] Với kích thước đường kính piston D = 75 [mm], ta chọn: l = 20 [mm] Với l1 đảm bảo việc hình thành dầu bơi trơn e.Tính nghiệm bền xéc măng  Ta có D/t=20:30 Chọn D/t= 25 ; A/t= 2,5:4 chọn A/t= Trong t chiều dày xéc măng, A độ mở xéc măng Suy ra: t=D/25=75/25= mm ; A= 3.t= 3.3= mm  Ứng suất uốn σu1= Trong Cm hệ số ứng suất phần miệng xéc măng (1,74-1,87) ξ hệ số phân bố áp suất E mô đun đàn hồi Chọn Cm =1,80 ; ξ =0,196 ;E= 1,2.10^5 [MN/m2] Suy σu1= 245,2 MN/m^2  Ứng suất lắp ghép xéc măng vào piston : Σu2 = Trong m hệ số lắp ghép Nếu lắp ghép tay : m=1 Nếu lắp ghép đệm : m=1,57 Nếu lắp ghép kìm chuyên dụng : m = Σu2 = = 268,25 MN/m^2  Ứng suất gia cơng định hình σu3= (1,25 : 1,3 )σu1 Suy σu3 =1,27.245,2 =311,40 MN/m^2 Ứng suất cho phép [σu3] =400 : 450 MN/m^2 σu3 < [σu3] => Thõa mãn  Áp suất bình qn xéc măng khơng đẳng áp Ptb= Suy ptb = = 0,158 MN 3.2 Nhóm truyền Nhóm truyền gồm có: truyền, bu lơng truyền bạc lót Trong q trình làm việc, nhóm truyền truyền lực tác dụng piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu 3.2.1 Thanh truyền 3.2.1.1 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo truyền a Điều kiện làm việc truyền Thanh truyền chi tiết nối với piston trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến piston thành chuyển động quay tròn trục khuỷu Trong trình làm việc, truyền chịu tác dụng lực : - Lực khí thể xy lanh - Lực quán tính chuyển động tĩnh tiến cảu nhóm piston - Lực qn tính truyền Các lực thay dổi theo chu kỳ,vì tải trọng tác dụng lên truyền tải trọng động Dưới tác dụng lực đó, thân truyền bị nén, uốn dọc, uốn ngang ; đầu nhỏ truyền bị biến dạng méo; nắp đầu to bị uốn kéo b Vật liệu chế tạo truyền Vật liệu chế tạo truyền thường thép cacbon thép hợp kim tùy theo loại động 3.2.1.2 Kết cấu truyền a Đầu nhỏ truyền Kết cấu đầu nhỏ truyền phụ thuộc vào kích thước phương pháp lắp ghép chốt piston lên truyền Khi lắp chốt tự do: đầu nhỏ truyền có dạng hình trụ rỗng Khi lắp chốt tự do, phải ý bôi trơn mặt chốt piston bạc lót đầu nhỏ Thơng thường dầu nhờn đưa lên bơi trơn mặt chốt bạc lót đầu nhỏ đường dẫn dầu khoan dọc thân truyền Hình 3.3 Kết cấu đầu nhỏ truyền b Thân truyền Chiều dài l truyền phụ thuộc vào thơng số λ : Ta có : λ = R/l Trong λ = 0,24 ; R= S/2 = 0,095/2 =0,0475 m =47,5 mm Suy ra: l = (R/λ) = 47,5/0,24= 197,92 [mm] Tiết diện ngang thân truyền hình 3.4 Hình 3.4 Tiết diện thân truyền - Loại thân truyền có tiết diện chữ I hình 3.4 a,b ứng dụng rỗng rãi động - Loại thân truyền có tiết diện chữ nhật ô van đơn giản chế tạo thường dùng cho động mô tô, xe máy, xuồng máy động xăng cở nhỏ c Đầu to truyền Kết cấu đầu to truyền phải đảm bảo yêu cầu sau : - Có độ cứng vững lớn để bạc lót khơng bị biến dạng - Kích thước nhỏ gọn để lực quán tính nhỏ , giảm tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời giảm kích thước hộp trục khuỷu tạo khả đặ trục cam gần trục khuỷu làm cho buồng cháy động dùng cấu xu pắp đặt nhỏ gọn - Chổ chuyển tiếp thân đầu to phải có góc lượn để tăng độ cứng vững - Dễ dàng việc lắp ghép cụm piston – truyền với trục khuỷu Trong hầu hết động đầu to phân làm hai : liền với thân nắp đầu to truyền Hình 3.5 Kết cấu đầu to truyền 3.2.2 Bạc lót đầu to truyền 3.2.2.1 Vật liệu chịu mòn kết cấu bạc lót a Vật liệu chịu mịn u cầu vật liệu chịu mịn: -Có tính chống mịn tốt, có hệ số ma sát nhỏ -Có độ cứng thích đáng độ dẻo cần thiết -Dẫn nhiệt tốt -Giữ dầu bơi trơn -Chóng khít với bề mặt trục -Dễ đúc dễ bám với vỏ thép b Các nhóm vật liệu - Nhóm kim loại: gồm có babít, đồng - thiết, đồng - chì, hợp kim nhơm, hợp kim kẽm, gang chống mịn - Nhóm phi kim loại: gồm chất dẻo, gỗ ép - Nhóm kim loại gốm: gồm bột kim loại ép như: sắt - graphit, đồng graphit c Kết cấu bạc lót Đầu to truyền chia thành hai nên bac lót chia thành hai Bạc lót truyền gồm gộp bạc thép phía ngồi lớp hợp kim chịu mịn tráng lên mặt bạc Gộp bạc thường chế tạo thép có hàm lượng cacbon thấp,bề mặt đúc tráng thường chế tạo thô mạ lớp thiếc Định vị bạc lót đầu to bu lơng truyền Theo chiều dày lớp hợp kim chịu mòn, ta sử dụng bạc lót mỏng với ưu điểm sau : - Có điều kiện để sản xuất hàng loạt,có thể lắp lẫn,dễ thay - Tốn thời gian vật liệu chịu mòn cạo rà nên giảm giá thành sữa chữa - Tiếp xúc với đầu to truyền - Giảm kích thước,khối lượng đầu to,tăng đường kính cổ khuỷu 3.2.3 Bulơng truyền 3.2.3.1 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo a Điều kiện làm việc Bulông truyền chi tiết nhỏ quan trọng, bulông truyền bị đứt, động hư hỏng nặng Trong làm việc, bulông truyền chịu lực sau: - Lực xiết ban đầu lắp ghép - Lực quán tính khối lượng vận động tĩnh tiến lực quán tính ly tâm khối lượng vận động quay b Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo bulơng truyền thép hợp kim, cịn thép cacbon dùng động hai kỳ tốc độ chậm c.Yêu cầu - Độ bền, cứng vững, độ bền mỏi cao - Tránh lực cắt - Chống tự tháo - Tránh lực mô men phụ d Kết cấu bu lơng truyền Hình dạng kết cấu bulơng truyền có nhiều kiểu, chủ yếu công dụng động biện pháp nâng cao sức bền mỏi bulơng hình 3.7 Hình 3.7 Kết cấu bulơng truyền 3.2.4 Tính bền truyền 3.2.4.1 Xác định kích thước đầu nhỏ truyền  Đường kính ngồi bạc d1: (1,1 – 1,25 ).dcp Ta chọn: d1 = 1,1.28,2 = 31,02 (mm)  Đường kính ngồi d2 : (1,3-1,7)dcp Ta chọn: d2 = 1,3.28,2 = 36,66 (mm)  Chiều dài đầu nhỏ ld : (0,28-0,32).D Ta chọn: lđ = 0,32.94 = 30,08(mm)  Chiều dày bạc đầu nhỏ : (0,08-0,085)dcp Ta chọn = 0,085.28,2 = 2,397 (mm) Hình 3.7 Sơ đồ tính tốn đầu nhỏ truyền 3.2.4.2 Xác định kích thước đầu to truyền  Đường kính chốt khuỷu dck : (0,56-0,75)D Ta chọn: dck = 0,56.94 = 52,64 ( mm )  Chiều dày bạc lót tb1 : Bạc mỏng : (0,03-0,05)dck Ta chọn : tb1 =0,045.52,64 = 2,3688 (mm)  Khoảng cách tâm bu lông c : (1,3-1,75)dck Ta chọn: c = 1,5.52,64 = 78,96 (mm)  Chiều dài đầu to lđt : (0,45-0,95)dck Ta chọn lđt = 0,65.52,64 = 34,216 (mm) 3.3 Trục khủy Trục khủy động trục khủy đủ cổ trục nên ta có số cổ trục là: Z =i+1 = 4+1 = 5, i số xilanh động  Đường kính ngồi cổ khủy : dct =(0,7-0,85)D Ta chọn: dct =0,8.94= 75,2 (mm )  Chiều dài cổ trục khủy: lct=(0,55-0,65)dct lct = 0,6.75,2 = 45,12 (mm)  Đường kính ngồi chốt khủy : dch=(0,64-0,72)D Ta chọn dch = 0,68.94 = 63,92(mm)  Chiều dài chiều dài chốt: Lch=(0,7-1)dch Chọn Lch = 51 (mm)  Chiều dày má khủy : b = (0,21-0,27)D Ta chọn b = 0,25.94 = 23,5 (mm)  Chiều rộng má khủy: h =(1,05-1,3)D Chọn h = 1,1.94 = 103,4 (mm)  Đường kính khoan lỗ dầu bơi trơn : d1=(3-8) mm Ta chọn d1 = (mm) ... 0,158 MN 3.2 Nhóm truyền Nhóm truyền gồm có: truyền, bu lơng truyền bạc lót Trong q trình làm việc, nhóm truyền truyền lực tác dụng piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu 3.2.1 Thanh truyền 3.2.1.1... - Chân piston có vành đai để tăng độ cứng vững Đồng thời chân piston gọt bớt phần kim loại để giảm khối lượng cho piston b Chốt piston - Chốt piston chi tiết máy nối piston với truyền, truyền. .. tạo truyền a Điều kiện làm việc truyền Thanh truyền chi tiết nối với piston trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến piston thành chuyển động quay trịn trục khuỷu Trong q trình làm việc, truyền