LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2.1. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước 1 1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ngoài nước 2 1.3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.3.1. Mục đích nghiên cứu. 4 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu và thiết kế 4 1.3.3. Phạm vi nghiên cứu 4 1.3.4. Nội dung nghiên cứu 5 1.3.5. Phương pháp nghiên cứu 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH 6 2.1. Ứng suất nhiệt của PistonXylanh 6 2.1.1. Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt 7 LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2.1. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước 1 1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ngoài nước 2 1.3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.3.1. Mục đích nghiên cứu. 4 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu và thiết kế 4 1.3.3. Phạm vi nghiên cứu 4 1.3.4. Nội dung nghiên cứu 5 1.3.5. Phương pháp nghiên cứu 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH 6 2.1. Ứng suất nhiệt của PistonXylanh 6 2.1.1. Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt 7 2.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu 9 2.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ 10 2.2. Tính toán trường nhiệt độ của Piston 11 2.2.1. Phương trình vi phân truyền nhiệt 11 2.2.2. Các giả thiết và điều kiện biên của bài toán tính toán trường nhiệt độ. 15 2.2.3. Cơ sở lý thuyết của bài toán phần tử hữu hạn trong bài toán trường nhiệt độ 16 2.3. Các phương pháp tính toán ứng suất nhiệt 21 2.4. Lựa chọn phương pháp tính toán 22 2.4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất nhiệt theo phương pháp phần tử hữu hạn 23 2.4.2. Lựa chọn phần mềm tính toán 25 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG MÔ HÌNH, THIẾT LẬP CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG 26 3.1. Tính toán, xây dựng mô hình phân tích 26 3.1.1. Tính toán lý thuyết 26 3.1.2. Xây dựng mô hình tính toán 42 3.2. Quy trình phân tích các thông số 49 3.2.1. Quy trình chung 17 49 3.2.2. Các bước phân tích 50 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 55 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON 56 4.1. Kết quả phân tích 56 4.1.1 Kết quả phân tích ứng suất nhiệt, biến dạng, nhiệt độ, thông lượng nhiệt của Piston và ứng suất của Xylanh 56 4.1.2. Kết quả ứng suất ở các giá trị áp suất khác nhau cuả Piston 62 4.1.3. Kết quả phân tích ống lót của Xylanh ở các giá trị áp suất khác nhau. 71 LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2.1. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước 1 1.2.2. Các nghiên cứu ứng dụng ngoài nước 2 1.3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.3.1. Mục đích nghiên cứu. 4 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu và thiết kế 4 1.3.3. Phạm vi nghiên cứu 4 1.3.4. Nội dung nghiên cứu 5 1.3.5. Phương pháp nghiên cứu 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH 6 2.1. Ứng suất nhiệt của PistonXylanh 6 2.1.1. Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt 7 2.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu 9 2.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ 10 2.2. Tính toán trường nhiệt độ của Piston 11 2.2.1. Phương trình vi phân truyền nhiệt 11 2.2.2. Các giả thiết và điều kiện biên của bài toán tính toán trường nhiệt độ. 15 2.2.3. Cơ sở lý thuyết của bài toán phần tử hữu hạn trong bài toán trường nhiệt độ 16 2.3. Các phương pháp tính toán ứng suất nhiệt 21 2.4. Lựa chọn phương pháp tính toán 22 2.4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất nhiệt theo phương pháp phần tử hữu hạn 23 2.4.2. Lựa chọn phần mềm tính toán 25 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG MÔ HÌNH, THIẾT LẬP CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG 26 3.1. Tính toán, xây dựng mô hình phân tích 26 3.1.1. Tính toán lý thuyết 26 3.1.2. Xây dựng mô hình tính toán 42 3.2. Quy trình phân tích các thông số 49 3.2.1. Quy trình chung 17 49 3.2.2. Các bước phân tích 50 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 55 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON 56 4.1. Kết quả phân tích 56 4.1.1 Kết quả phân tích ứng suất nhiệt, biến dạng, nhiệt độ, thông lượng nhiệt của Piston và ứng suất của Xylanh 56 4.1.2. Kết quả ứng suất ở các giá trị áp suất khác nhau cuả Piston 62 4.1.3. Kết quả phân tích ống lót của Xylanh ở các giá trị áp suất khác nhau. 71 4.1.4. Phân tích mỏi 18 74 4.2. Cải tiến kết cấu và vật liệu của Piston 19 75 4.2.1. Cải tiến chốt Piston 76 4.2.2. Thay đổi vật liệu sản xuất Piston 20 81 4.2.3. Kết hợp thay đổi bệ chốt Piston và thay đổi vật liệu 86 4.3. Ứng dụng 93 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 95 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 97 5.1. Kết luận 97 5.2. Kiến nghị 97 5.3. Hướng phát triển của đề tài 98 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 102 Phụ lục 1: Code vẽ đồ thị từ matlab 102 Phụ lục 2: Các bước thiết kế Piston và xy lanh 104 2.1. Quy trình thiết kế Piston 104 2.2. Các bước thiết kế Xylanh 110
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON ĐỘNG CƠ KHƠNG TRỤC KHUỶU SVTH: Khóa 2017 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật tơ GVHD: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU SVTH: Khóa 2017 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật tơ GVHD: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: (Email: (Email: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô MSSV: Điệnthoại: MSSV: Điệnthoại: Lớp: Giảng viên hướng dẫn: ĐT: Ngày bắt đầu: Ngày hoàn thành: Tên đề tài: Phân tích ứng suất đề xuất giải pháp cải tiến kết cấu Piston động không trục khuỷu Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu ứng suất nhiệt, tình hình nghiên cứu ứng suất nhiệt Piston Xylanh và ngoài nước - Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt và phương pháp tính tốn ứng suất nhiệt - Thiết kế mơ hình cụm Piston - Xylanh dùng động máy cắt cỏ phần mềm CATIA - Mô ứng suất nhiệt cụm Piston-Xylanh chế độ tải (áp suất) khác kiểm tra bền phần mềm ANSYS - Phân tích ứng suất tác động lên cụm Piston-Xylanh dựa vào kết mô - Cải tiến Piston để tối ưu hoá ứng suất, biến dạng giảm khối lượng chi tiết - Đề xuất phương án cải tiến tốt - Thiết kế cải tiến cụm Piston để giảm ứng suất nhiệt theo phương án tốt Sản phẩm: Tập thuyết minh Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2021 Trưởng ngành Giáo viên hướng dẫn CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Họ tên sinh viên: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Phân tích ứng suất đề xuất giải pháp cải tiến kết cấu Piston động không trục khuỷu Họ tên giảng viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn năm 20… CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Họ tên sinh viên: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tơ Tên đề tài: Phân tích ứng suất đề xuất giải pháp tối ưu hóa ứng suất cụm Piston Xylanh động không trục khuỷu Họ tên giảng viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) năm 20… TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Động XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Phân tích ứng suất đề xuất giải pháp cải tiến kếu cấu Piston động không trục khuỷu Họ tên Sinh viên: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: Giảng viên phản biện: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực Đồ án Tốt nghiệp, chúng em nhận nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy , giảngviên Bộ môn Động cơ, khoa Cơ khí Động lực - người hướng dẫn, bảo chúng emtrong suốt trình làm Đồ án Thầy tận tình giúp đỡ chúng em trình lựachọn đề tài, cung cấp tài liệu, kiểm tra theo dõi tiến độ q trình thực đểchúng em hoàn thành Đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nói chung, Thầy Cơ khoa Cơ khí Động lực nói riêng dạy cho chúng em kiến thức bổ ích, kinh nghiệm quý báu trình học tập rèn luyện trường Đó là tảng, định hướng vững không giúp chúng em hoàn thành Đồ án mà đường nghề nghiệp tới Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em suốt q trình học tập hồn thành Đồ án Tốt nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Nhóm sinh viên thực i LỜI NĨI ĐẦU Trong thời gian gần đây, bất chấp sự đời xe hoàn toàn chạy điện, động đốt tồn thời gian dài nữa, là thành phần xe plug-in hybrid, xe điện mở rộng phạm vi hoạt động máy phát điện Hiện tại, động xăng chạy máy phát điện sử dụng xe plug-in hybrid hãng ô tô giới là động chu kỳ Atkinson, nhiều nhà sản xuất đặt tên là động "van biến thiên", có khả tăng thể tích kỳ dãn nở, giảm thể tích kỳ hút nén, đánh giá là hiệu tiết kiệm nhiên liệu động xăng thông thường 10% Tuy nhiên nhà nghiên cứu Cơ quan không gian Đức (DLR) Trung tâm nghiên cứu phát triển Toyota chưa hài lòng với mức hiệu nhiên liệu động Atkinson nên phát triển hệ thống máy nổ - phát điện đặt tên "Động Piston tự phát điện tuyến tính" (Free Piston Engine Linear Generator, FPEG) Động Piston tự (Free Piston Engine) và máy phát điện tuyến tính (Linear Generator) khơng phải là ý tưởng Năm 1959 kiểu mẫu động Piston tự sản xuất khí nén và dùng khí nén để quay turbin phát điện cấp sáng chế Đức Dựa sở kế thừa báo cáo, cơng trình nghiên cứu có động truyền thống, nhóm chúng em tổng hợp chọn lọc để trình bày sở lý thuyết, phương pháp mô ứng suất nhiệt ứng suất phần mềm ANYSIS tối ưu kết cấu cụm Piston - Xylanh Từ góp phần cho việc nghiên cứu, phát triển ứng dụng loại động này nước ta ii 125 Chuyển từ môi trường Part Design sang môi trường Generative Shape Design, chọn bề mặt hình bên dưới: 126 Chọn lệnh Offset để chép bề mặt cánh tản nhiệt, Offset lên 4.38 mm Làm tương tự, ta được: 127 Chuyển sang môi trường Part Design, chọn mặt surface vừa tạo, dùng lệnh Thick Surface để tạo độ dày cho cánh tản nhiệt, cánh dày 1.5mm Kết ta được: 128 Bước 10: Vẽ cánh tản nhiệt đầu Xylanh Chọn mặt phẳng yz, vào sketch để vẽ biên dạng hình dưới: 129 Thốt Sketch, tạo tiếp đường line vng góc với mặt phẳng yz hình: Tiếp đó, tạo mặt phẳng qua đường thẳng tạo Lấy biên dạng bề mặt cùng: 130 Chọn mặt phẳng vừa tạo, vẽ biên dạng hình dưới, sau Pad 1.5mm: 131 132 Dùng lệnh Rectangular Pattern tạo surface hình dưới: 133 Tương tự: vẽ nhỏ hơn, ta bên dưới: 134 Dùng lệnh Union Trim để loại bỏ phần thừa tản nhiệt: Bước 11: Thiết kế lỗ gá bugi: Tạo mặt phẳng, cách mặt chọn 0.3mm 135 Vẽ biên dạng lỗ gá bugi vào mặt phẳng vừa tạo, Pad (up to plane) biên dạng vừa tạo, sau trim phần dư, tạo lỗ, cuối ta hình vẽ bên 136 137 Hình phụ lục 2: Mơ hình Nắp máy-Xylanh 138 ... cứu, phát triển ứng dụng loại động này nước ta ii TÓM TẮT Trong nghiên cứu về: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU Dựa vào kiến thức học... hồn thành: Tên đề tài: Phân tích ứng suất đề xuất giải pháp cải tiến kết cấu Piston động không trục khuỷu Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu ứng suất nhiệt, tình... CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU CỦA PISTON ĐỘNG CƠ KHƠNG TRỤC KHUỶU SVTH: Khóa 2017 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật tơ GVHD: Thành