GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ nhờ vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đặc biệt trong ngành động lực và sản xuất ô tô Việt Nam đã hợp tác với nhiều hãng ô tô nổi tiếng như Honda và Toyota để sản xuất và lắp ráp xe, đồng thời xây dựng thương hiệu ô tô riêng là VinFast Để nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ sư Việt Nam cần chủ động nghiên cứu, đo đạc và thiết kế, điều này là yêu cầu cấp thiết để ngành sản xuất ô tô phát triển và nâng tầm thương hiệu trên thị trường quốc tế.
Hình 1 1: Hình ảnh xe VinFast LUX 2.0 2002
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Sau khi hoàn thành các môn học về thiết kế cơ khí trong lĩnh vực công nghệ ô tô, nhóm chúng tôi đã ứng dụng những kiến thức đó vào đồ án mà viện kỹ thuật giao cho chúng tôi.
Áp dụng đo lường cơ khí đo các chi tiết trên ô tô.
Nghiên cứu tìm hiểu rõ về phần mềm solidwork và ứng dụng bản mô phỏng.
Mang đến kiến thức nền tảng của các chi tiết nói riêng và trên ô tô nói chung.
Thiết kế và mô phỏng các chi tiết trên ô tô.
NỘI DUNG NHIỆM VỤ VÀ ĐỀ TÀI
Nghiên cứu kết cấu và công dụng của các chi tiết piston, thanh truyền nói chung và động cơ đốt trong nói riêng.
Nghiên cứu và áp dụng phần mềm solidwork vào thực tế, trình bày các bản vẽ chi tiết.
Đưa ra các hướng phát triển giúp hoàn thiện tốt hơn.
Hình 1 2: Hình ảnh piston, thanh truyền
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Áp dụng các kiến thức đã được học trên trường, lớp vào thực tiễn.
Tìm kiếm thông tin từ các tài liệu uy tín, bao gồm sách, báo và trang mạng điện tử, là cách hiệu quả để nắm bắt kiến thức về cộng đồng ô tô Hãy chú ý đến các nguồn thông tin chính thống và đáng tin cậy để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của nội dung mà bạn thu thập.
KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đồ án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của piston, thanh truyền
Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng
Chương 4: Kết luận và phương hướng phát triển
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PISTON ,THANH TRUYỀN
2.1 NHIỆM VỤ YÊU CẦU PISTON, THANH TRUYỀN 2.1.1 Nhiệm vụ.
Piston là bộ phận quan trọng trong động cơ và máy bơm, có vai trò chính trong việc tạo ra buồng đốt cùng với xylanh và nắp máy Trong động cơ đốt trong, piston nhận áp suất từ khí cháy và truyền lực cho trục khuỷu để sinh công trong quá trình nổ Đồng thời, piston cũng nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các chu trình nạp, nén và thải trong động cơ 4 kỳ Đối với động cơ 2 kỳ, piston còn đóng vai trò như van mở và đóng cho quá trình nạp và xả.
Thanh truyền dùng để piston với trục khuỷu, nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh triển của piston thảnh chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại.
Hình 2 2: Hình ảnh thanh truyền
Piston là một bộ phận chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt trong động cơ Khi hoạt động, piston ma sát với thành xy lanh dưới tác dụng của lực pháp tuyến và chịu áp lực từ quá trình cháy cũng như lực quán tính trong quá trình chuyển động Áp lực khí và lực quán tính thay đổi liên tục về cường độ và chiều, tạo ra tải trọng va đập trên piston Hơn nữa, piston còn phải đối mặt với nhiệt độ cao từ quá trình cháy, dẫn đến nguy cơ bị ăn mòn hóa học.
Căn cứ vào điều kiện làm việc của piston, vật liệu chế tạo và cấu tạo phải đảm bảo độ bền, khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn hóa học Piston nên có trọng lượng nhẹ để giảm lực quán tính và hạn chế biến dạng khi nóng lên Thông thường, pít tông được chế tạo từ hợp kim nhẹ, chủ yếu là hợp kim nhôm và hợp kim manhe, do có ưu điểm về trọng lượng nhẹ, dẫn nhiệt tốt và giảm hao phí do ma sát Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm về tính chịu mài mòn và hệ số dãn nở nhiệt cao.
Thanh truyền là bộ phận quan trọng trong động cơ, chịu áp lực từ các chất và lực quán tính khi hoạt động Để đảm bảo hiệu suất, vật liệu chế tạo thanh truyền cần có độ bền, cứng và trọng lượng nhẹ Thông thường, thanh truyền được làm từ thép carbon chất lượng cao hoặc thép hợp kim.
2.2 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA
PISTON, THANH TRUYỀN 2.2.1 Cấu tạo và phân loại
Piston có hình dạng hình trụ tròn, rỗng bên trong thân và kín phần đỉnh
Piston được chia làm 3 phần đỉnh, đầu và thân.
Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng piston
Đỉnh piston có các dạng: đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm và định dạng đặc biệt Đỉnh piston nhận áp suất khỉ đổi vả phải chịu nhiệt cao.
Hình 2 4: Các dạng đỉnh piston
Đỉnh phẳng dùng cho động cơ xăng 4 kỳ, đinh lõm thường dùng cho động cơ điêzel
Đỉnh lõm phần lõm của đỉnh tạo nên sự xoáy lốc trong buồng đốt của xilanh, giúp cho hỗn hợp được hoà trộn tốt hơn
Đỉnh lồi thường dùng cho động cơ hai kỳ Trên đỉnh có thể có chỗ khoét lõm để tránh chạm vào xupáp.
Đầu piston được thiết kế với các rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Đặc biệt, đáy rãnh lắp xéc măng dầu có các lỗ nhỏ được khoan thông vào bên trong, giúp cung cấp và thoát dầu hiệu quả.
Rảnh vòng găng hơi trên cùng chịu áp suất và nhiệt độ cao nhất khi cháy, vì vậy nó có thể được đặt cách đinh piston một khoảng cách nhất định.
Rãnh vòng gâng của động cơ hai kỷ có chốt định vị miệng vòng gâng (nhằm mục đích chống xoay miệng Vòng gâng)
Phần đầu piston thường làm nhỏ hơn thân tạo thành độ côn để có thể giãn nở vị chịu nhiệt độ cao
Thân piston đóng vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn chuyển động của piston trong xylanh và kết nối với thanh truyền lực để quay trục khuỷu Ngoài ra, trên thân piston còn có lỗ ngang để lắp chốt liên kết giữa piston và thanh truyền.
Thân piston đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng cho piston di chuyển trong xilanh và kết nối với thanh truyền lực để quay trục khủy Ngoài ra, trên thân piston còn có lỗ ngang để lắp chốt liên kết giữa piston và thanh truyền.
Phần trên của thân có lỗ để lắp chốt, với hai bên lỗ có rãnh vòng cho vòng hãm chốt Việc loại bỏ một lượng kim loại tại lỗ lắp chốt giúp cho piston có khả năng giãn nở tốt hơn, tạo nên hình dạng trụ tròn cho piston.
Hầu hết các động cơ có công suất trung bình và cao đều sử dụng piston với thiết kế xẻ rãnh trên thân Đuôi piston thường được cắt vát nhằm giảm trọng lượng và ngăn chặn va chạm với trục khuỷu trong quá trình chuyển động.
Thân piston có hình dạng hơi ôvan, với trục nhỏ trùng với đường tâm lỗ trục Khi động cơ hoạt động, phần đầu piston tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao, dẫn đến sự giãn nở nhiều hơn.
Thân piston của động cơ diesel thường được thiết kế với một số găng dầu dưới vảy, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động Cuối piston có cạnh gạt đầu và gờ, tăng cường độ cứng vững cho piston, đảm bảo khả năng chịu lực tốt hơn trong quá trình vận hành.
Thanh truyền gồm 3 phần: Đầu nhỏ nhanh truyền, thân thanh truyền, đầu to thanh truyền.
Hình 2 6: Chi tiết thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền có hình dạng trụ rỗng, được thiết kế để lắp chốt piston bên trong có bạc lót Phía trên đầu nhỏ có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Cấu tạo của đầu nhỏ thanh truyền còn phụ thuộc vào phương pháp lắp ghép với chốt piston, điều này ảnh hưởng đến độ bền và hiệu quả của hệ thống.
Nếu lắp chốt pít-tông cố định, thì đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãm chặt với chốt.
Nếu lắp tự do, thì đầu nhỏ thanh truyền bao giờ cũng có bạc lót (hình a).
Một số động cơ người ta làm vấu lồi trên đầu nhỏ (hình b) để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồng đều giữa các xi-lanh.
Để bôi trơn bạc lót và chốt pít-tông trong các cơ cấu đầu nhỏ thanh truyền, có thể sử dụng rãnh hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức từ đầu trục khuỷu Trong động cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn, thường áp dụng các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ hoặc thay thế bạc lót bằng ổ bi kim.
Đầu to của thanh truyền được kết nối với trục khuỷu, bao gồm hai phần: phần trên gắn liền với thanh truyền và phần dưới, được chế tạo rời, gọi là nắp đầu to (nắp biên) Hai phần này được lắp ghép với nhau bằng các bu lông.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
Hình 3 1: Các kí hiệu của Piston
Kí hiệu : D - Đường kính piston
H – Chiều cao piston hi - Khoảng cách từ tâm chốt đến đỉnh piston hc - Khoảng cách từ đáy piston đến xéc măng dầu
Bảng 3.1 Thông số đo piston
Lần D H hi hc hlc T Đơn vị
Hình 3 2: Các kí hiệu của thanh truyền
Hn: Chiều dài thanh truyền ht- Khoảng cách giữa tâm lỗ to với tâm lỗ nhỏ thanh truyền
Chiều dày thanh truyền (Tn) là thông số quan trọng, trong khi đường kính lỗ to (dlt) và đường kính lỗ nhỏ (dln) của thanh truyền cũng đóng vai trò không kém Ngoài ra, đường kính đầu nhỏ (ddn) và đường kính đầu to (ddt) của thanh truyền cần được chú ý để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Lần hH hi dln dlt ddn ddc Tn đơn vị
3.1.2 Tính toán dung sai kích thước của các chi tiết.
Sai lệch giới hạn trên, ký hiệu là ES, được xác định là sự khác biệt giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa Công thức tính sai lệch này giúp đảm bảo độ chính xác trong sản xuất và thiết kế.
Sai lệch giới hạn dưới, ký hiệu là EI, được định nghĩa là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa Công thức tính sai lệch này là yếu tố quan trọng trong các quy trình kiểm tra và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Dung sai là phạm vi cho phép của sai số, được xác định bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước giới hạn nhỏ nhất Ngoài ra, dung sai cũng có thể được tính bằng hiệu đại số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới.
T = ES – EI Dung sai lắp ghép của chi tiết piston
- Sai lệch giới hạn trên :ES(D) = 65.40-65 = 0.40 mm
- Sai lệch giới hạn dưới : EI(D) = 64.75-65 = -0.25 mm EI(H) = 54.80-55 = -0.20 mm EI(hi ) = 27.30 -27.50 = -0.20 mm EI(hc ) = 36.80-37 = -0.20 mm EI(dlc) = 14.85-15 = -0.15 mm EI(T) = 3.90-4 = -0.10 mm
- Dung sai : T(D) = 0.40-(-0.25) = 0.65 mm T(H) = 0.20-(-0.20) = 0.40 mm T(hi) = 0.20-(-0.20) = 0.40 mm T(hc) = 0.20-(-0.20) = 0.40 mm T(dlc) = 0.30-(-0.15) = 0.45 mm T(T) = 0.10-(-0.10) = 0.20 mm
- Dung sai lắp ghép của chi tiết thanh truyền + Sai lệch giới hạn trên :
ES(Hn) = 154.30 – 154 = 0.30 mm ES(ht) = 111.30 – 111 = 0.30 mm ES(dln) = 16.15 – 16 = 0.15 mm ES(dlt) = 40.20 – 40 = 0.20 mm ES(ddn) = 26.25 – 26 = 0.25 mm
+ Sai lệch giới hạn dưới : EI(Hn) = 153.75 – 154 = -0.25 (mm)
EI(ht) = 110.80 – 111 = -0.20 (mm) EI(dln) = 15.85 - 16 = -0.15 (mm) EI(dlc) = 39.80 – 40 = -0.20 (mm) EI(ddn) = 25.90 – 26 = -0.10 (mm) EI(ddt) = 59.85 – 60 = -0.15 (mm) EI(Tn) = 21.80 – 22 = -0.20 (mm)
- Dung sai : T(Hn) = 0.30 – (-0.25) = 0.55 (mm) T(ht) = 0.30 - (-0.20) = 0.50 (mm) T(dln) = 0.15 - (-0.15) = 0.25 (mm) T(dlc) = 0.20 - (-0.20) = 0.40 (mm) T(ddn) = 0.25 - ( -0.10) = 0.35 (mm) T(ddt) =0.10 - (-0.15) = 0.35 (mm) T(Tn) = 0.20 -( -0.20) = 0.40 (mm)
3.1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ THIẾT KẾ
Phương pháp đo trực tiếp là việc áp dụng kiến thức từ môn 'đo lường cơ khí và dung sai lắp ghép' để thực hiện các phép đo và tính toán chính xác.
Nhóm nghiên cứu chủ yếu sử dụng phương pháp tìm kiếm thông tin qua internet, bao gồm việc khai thác các tài liệu từ báo chí và các cộng đồng ô tô uy tín.
tín.Công cụ thiết kế
Kết quả tính toán của piston
D H hi hc dlc T Đơn vị
Kết quả tính toán của thanh truyền
Hn ht dln dlt ddn ddt Tn đơn vị
Kết quả mô phỏng piston
Hình 3 3 : Hình chiếu đứng của piston
Hình 3 4: Hình ảnh chi tiết
Hình 3 5: Rãnh xéc măng piston
Hình 3 6: Mặt cắt hình chiếu đứng của piston
Hình 3 7: Mặt cắt hình chiếu bằng của piston
Hình 3 8: Hình ảnh 3D của Piston
Kết quả mô phỏng thah truyền
Hình 3 9: HÌnh chiếu đứng của piston
Hình 3 10: HÌnh chiếu cạnh của thanh truyền
Hình 3 11: Hình chiếu bằng của thanh truyền
Hình 3 12: Hình ảnh 3D của thanh truyền
3 13: Hình ảnh 3D của thanh truyền
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án nhóm em đưa ra kết luận như sau:
- Nhóm đã hoàn thành đề tài do viện giao cho.
- Áp dụng kiến thức đã cho để đo đạc và tính toán và đọc hiểu các chi tiết đã thể hiện trong bản vẽ.
- Áp dụng phần mềm solidworks để mổ phỏng 2D, 3D các chi tiết piston, thanh truyền và bồi dưỡng được them những kĩ năng làm phần mềm.
- Hoàn thành bản báo cáo bằng phần mềm như yêu cầu.
- Tìm hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã thu thập được nhiều kiến thức quý giá về piston và thanh truyền, cũng như hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của động cơ đốt trong.
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
- Khắc phục về các thiếu sót về kiến thức, kĩ năng để hoàn thiện tốt hơn.
- Tìm hiểu, nghiên cứu và tự thiết kế hoàn chỉnh những chi tiết.
- Thử nghiệm và chỉnh sửa hoàn chỉnh để có thể đưa vào hoạt động một cách trơn tru nhất có thể.
- Đưa vào sản xuất và sử dụng các chi tiết.
