Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền
Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Nhận xét, đánh giá của giáo viên hớng dẫn Hng Yên, ngày tháng năm 2013. Giáo viên hớng dẫn Khng Vn Nguyờn Li núi u Trên thế giới không chỉ ở các nớc phát triển ôtô đã đóng vai trò hết sức to lớn trong mọi lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Với xu thế hội nhập ngày nay khi đất nớc ngày càng phát triển và tiến trình CNH-HĐH đất nớc đang diễn ra mạnh mẽ ôtô càng phát huy tầm quan trọng của mình trong mọi lĩnh vực giao thông, vận tải xây dựng và sản xuất. 1 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 1 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Sau khi học xong môn thiết kế tính toán ôtô với đề tài đợc giao Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền. Trong quá trình thực hiện đề tài đợc sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn Khổng Văn Nguyên đến nay em đã hoàn thành đề tài này với các nội dung sau: a. Mô tả khái quát về thanh truyền. b. Xác dịnh các thông số cần thiết. c. Tính toán kiểm nghiệm bền. Mặc dù trong thời gian thực hiện đề tài bản thân chúng em đã nỗ lực tìm kiếm tài liệu chuyên nghành, vận dụng các kiến thức đã học và kinh nghiệm bản thân song với khả năng, trình độ cũng nh kinh nghiệm còn ít nên chắc chắn không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót vì vậy em rất mong nhận đợc sự đánh giá nhận xét của các thầy cô trong khoa và các bạn sinh viên để đề tài của em đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo trong khoa Cơ Khí Động Lực Trờng ĐHSPKT Hng Yên. Em chân thành cảm ơn! Hng Yờn, ngày tháng năm 2013 Phần I: Tổng quan về cơ cấu thanh truyền 1.1. Nhiệm vụ. Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ truyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc trong quá trình nạp, nén, xả. Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. 1.2. Điều kiện làm việc. - Thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập. - Trong quá trình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọc và khi đổi chiều chuyển động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang. 1.3. Vật liệu chế tạo Thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim với ph- ơng pháp rèn khuôn. Các loại vật liệu nặng cơ tính tốt, sức bền mỏi cao, đảm bảo yêu cầu làm việc. 2 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 2 Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 1.4. Kết cấu Thanh truyền. 1: Bạc đầu nhỏ 2: Đầu nhỏ thanh truyền 3: Thân thanh truyền 4: Bulông bắt nắp đầu to 5: Nửa trên thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh truyền 7: Nửa dới thanh truyền Hình 1.1 Kết cấu của thanh truyền - Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần: + Đầu nhỏ thanh truyền. + Đầu to thanh truyền. + Thân thanh truyền. + Bu lông thanh truyền. + Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền. Sau đây ta xét từng thành phần cụ thể. a. Đầu nhỏ Là bộ phận để lắp chốt píton, nó có cấu tạo hình trụ rỗng bên trong có bạc lót có khoan lỗ dầu để bôi trơn. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép và có lắp bạc bằng đồng. Trong các hình trên (1.2a,b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtô hiện nay vì khả năng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc lót, hoạt động đồng đều. b. Thân thanh truyền Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền. Kích thớc thân thanh truyền thờng thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền 3 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 3 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 1.3. Các loại tiết diện thân thanh truyền + Hinh 1.3a thân có tiết diện tròn , + Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I, + 1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, +Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip, Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I. Tuy nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu. Chiều dài thanh truyền đợc tính toán dựa vào công thức = R/l c. Đầu to thanh truyền Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng. + Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu. + Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn để tăng cứng vững. + Dễ dàng thao lắp cụm piston thanh truyền với trục khuỷu. Đầu to làm 2 nửa nửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to. Kích thớc đầu to phụ thuộc vào chốt khuỷu.Để tăng độ cứng vững của trục khuỷu ngời ta sử dụng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục 4 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 Hình 1.4. Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền. 1. Vấu lỡi gà định vị 2. Bạc lót 4 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 1.5. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (hình 1.5) (Hình 1.5a,b) là phổ biến nhất vì nó tăng đợc tiết diện của thanh truyền, tăng đờng kính của trục cơ, dễ tháo lắp. 1.5. Bạc thanh truyền. a) Bạc đầu nhỏ. Khi lắp chốt piston xoay tơng đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏ có ép vào 1 bạc đồng mỏng dày 14mm để giảm ma sát, chống mòn. Bạc đợc ép vào lỗ rồi doa lại cho chính xác. b) Bạc đầu to. Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu. Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thờng có rãnh dẫn dầu bôi trơn trong bạc và khoan lỗ dẫn dầu. 1.6 Bu lông thanh truyền. a) Chức năng. Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó có thể ở dạng bu lông hay vít cấy (gugiông), b) Điều kiện làm việc. Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu, lực quán tính của nhóm piston thanh truyền có tính chu kỳ. c) Vật liệu chế tạo. Bu lông thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm, mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyền có hàm lợng kim loại quí càng nhiều. d) Kết cấu. 5 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 5 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 1.6. Một dạng kết cấu của bu lông và gugiông 1.6a bu lông thanh truyền 1.6b gugiông thanh truyền - Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nối bằng bu lông ( hình 1.6a) và gugiông (hình 1.6b) - Bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sứcbền mỏi. - Nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren 6 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 6 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Phần II: Tính toán kiểm nghiệm bền 2.1. Thông số cho trớc ng c :Diesel, khụng tng ỏp Kiu ng c: Mt hng Cụng sut ng c : 22,08 KW S vũng quay: 2600 vũng/ phỳt Cụng sut tiờu hao nhiờn liu: 210 g/KW.h S k : 4k ng kớnh xi lanh: 95 mm Hnh trỡnh piston: 100 mm T s nộn: 18 S xilanh : 03 Chiu di thanh truyn : 155 mm Khi lng piston: 0,84 kg Khi lng thanh truyn: 1,34 kg p sut khớ th ln nht: 6,2 Mpa 2.2. Các thông số tính toán - Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ Diesel,6 xy lanh thẳng hàng. Với đờng kính piston D = 106 (mm) - Thông số kết cấu : =R/l =0,3226 + Đờng kính chốt piston (d cp ): d cp = (0,3 ữ 0,45)D = (31,8 ữ 47,7 ) (mm) Chọn d cp = 37 (mm) + Đờng kính bệ chốt (d b ): d b = (1,3 ữ 1,6)d cp = (48,1 ữ 59,2) (mm) Chọn d b = 56 (mm) + Đờng kính lỗ trên chốt (d 0 ): d 0 = (0,6 ữ 0,8) d cp = (22,2 ữ 29,6) (mm) Chọn d 0 = 26 (mm) 7 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 7 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Chiều dày bạc lót = (0,08 ữ 0,085)d cp = (2,96 ữ 3,145) (mm) Chọn = 3 (mm) Khe hở hớng kính bạc lót và chốt piston = 0,001.d cp = 0,037 (mm) - Gọi r 1 là bán kính trong đầu nhỏ thanh truyền: r 1 =d cp /2++= 37/2+3+0,037 =21,537 (mm) Chọn r 1 =22 (mm) - Gọi r 2 là bán kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền: r 2 = 1,4.r 1 = 30,8 (mm) Chọn r 2 =31 (mm) Ta có 1 2 r r = 1,4 < 1,5. đầu nhỏ là loại đầu mỏng - Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền : = (0,28 ữ 0,32)D= (29,68 ữ 33,92) (mm) Chọn =32 (mm) - Đờng kính chốt khuỷu : d ck =(0,56 ữ 0,75)D = (59,36 ữ 79,75) (mm) Chọn d ck =74 (mm) - Đờng kính trong đầu to thanh truyền : D 1 = d ck +2.( ' 1 + ' 2 + ) 3 + Với: d ck : Đờng kính chốt khuỷu D: Đờng kính xy lanh; D = 106 (mm) ' 1 : Chiều dày vỏ thép bạc lót : ' 1 = (0,03 ữ 0,05) d ck =(2,22 ữ 3,7) (mm) Chọn: ' 1 = 3 (mm) ' 2 : Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu ' 2 =(0,0045 ữ 0,015) d ck = (0,333 ữ 1,11) (mm) Chọn: ' 2 = 0,5 (mm) ' 3 : Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn; ' 3 = (0,2 ữ 0,7) (mm) Chọn ' 3 = 0,5 (mm) Chiều dày bạc lót : t bl =4 (mm) D 1 = 74+ 2.(3+ 0,5 + 0,5) = 82 (mm) Đờng kính ngoài đầu to thanh truyền :D 2 8 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 8 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Ta có: 1 2 D D < 1,5 ; Chọn 1 2 D D = =1,36 D 2 = 1,35. D 1 =1,36.82 = 112 (mm) Chiều dài đầu to l đt = (0,45 ữ 0,95 ) d ck = (33,3 ữ 70,3) (mm) Chọn l đt = 65 (mm) 2.1.3. Khối lợng nhóm thanh truyền - Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m 1 =(0,275-0,35)m tt =(1,045 - 1,33) (kg) Chọn m 1 =1,2 (kg) - Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền. m 2 =0,75.m tt =0,75.3,8 = 2,85 (kg) Bảng thông số tính toán Đờng kính piston 106 mm Chiều dày bac lót đầu nhỏ 3 mm Bán kính trong đầu nhỏ tt 22 mm Bán kính ngoài đầu nhỏ tt 31mm Chiều dài đâu nhỏ 32 mm Chiều dày bac lót đầu to 4 mm Bán kính trong đầu to tt 41 mm Bán kính ngoài đầu to tt 56 mm Chiều dài đầu to tt 65 mm 9 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 9 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 2.2. Tính toán kiểm nghiệm bền 2.2.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền. Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau: - Lực quán tính của nhóm piston. - Lực khí thể. - Lực do biến dạng gây ra. - Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắp ghép bạc lót có độ dôi gây nên. Các lực trên gây ra ứng suất: uốn, kéo, nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền. Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thờng tính ở chế độ công suất lớn nhất. Nếu động cơ có bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ này cũng là tính toán ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ. Nếu không có bộ phận giới hạn số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất n max của động cơ có thể vợt quá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất n e =25% ữ 30% tức là: N max =(1,25 ữ 1,30) n e Hình 2.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền a. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo Tính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí ngàm là chỗ chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc bằng. 12 0 2 arccos90 + + += r H (2-1) Trong đó: 10 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 10 [...]... cho thanh truyền Với thời gian có hạn, bản đồ án chỉ dừng lại ở mức phân tích, lựa chọn các phơng pháp thiết kế, tính toán kiểm nghiệm bền cho thanh truyền Tuy cha đợc hoàn thiện song đồ án này đã hoàn thành những nội dung cơ bản theo yêu cầu nh sau: tính toán kiểm nghiệm bền cho thanh truyền - Trong quá trình tính toán của em bao gồm các bớc: - Nghiên cứu tổng quan về thanh truyền - Tính toán kiểm nghiệm. .. thân thanh truyền với đầu nhỏ), tiết diện trung bình và tiết diện tính toán Tiết diện nhỏ nhất chịu nén do tác dụng của hợp lực khí thể và lực quán tính vận động tịnh tiến Tiết diện trung bình chịu nén và uốn dọc cũng do các lực trên Tiết diện tính toán chịu nén và uốn ngang do lực quán tính vận động lắc của thanh truyền Tính toán thờng đợc tiến hành ở chế độ công suất lớn nhất Ngoài việc tính toán trên... Thay vào (2-31) và (2-32) ta đợc: x = 0,076 1,6 55 3.10 3 (MN/m2 ) y = 0,076 1,35 = 47 3.10 3 (MN/m2 ) Thỏa mãn ứng suất cho phép của thân thanh truyền nh sau: - Đối với thanh truyền thép hợp kim : 120 180 (MN/m2 ) 24 SVTH :V Vn Li Lp :LK8 Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 2.2.3 Tính sức bền đầu to thanh truyền Do kết cấu đầu to có tiết diện thay đổi phức tạp, nên tính toán mang tính. .. trên mặt trong và mặt ngoài của đầu nhỏ thanh truyền khi chịu kéo Nếu giá trị Mj , NJ đợc tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta xẽ tính toán đợc ứng suất tại các tiết diện đó biết đợc quy luật phân bố ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong của đầu nhỏ (Hình 2.3) b Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu nén Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của khối... Thay vào (2-22) ta đợc: = 0,009738.58 3.10 9 (135 0 90 0 ) 2 = 0,0048.10 3 3 5 6 10 2,2.10 3.10 (m) Thỏa mãn điều kiện đối với động cơ ô tô máy kéo, khe hở lắp ghép giữa chốt piston và bạc lót thờng trong khoảng: 0,04 0,06 (mm) nên yêu cầu 0,02 0,03 (mm) 2.2.2 Tính sức bền thân thanh truyền Tính thân thanh truyền thờng đợc tính toán ở các tiết diện: tiết diện nhỏ nhất (chỗ tiếp giáp giữa thân thanh. .. với thân thanh truyền chọn theo hệ số thc nghiệm Đối với thanh truyền có bán kính ngoài đầu nhỏ l 31 thì chọn 1 40 (mm) r1 + r2 22 + 31 = = 26,5 2 2 = (mm) la bán kính trung bình đầu nhỏ Thay vào (2-1): = 900 + arccos 22 + 26, 5 = 1350 31 + 40 Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thay thế bằng các lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA - Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ,... toán mang tính chất gần đúng Lực tính toán là hợp lực của lực quán tính vận động tịnh tiến và vận tốc quay của đầu to không kể đến nắp, tính tại vị trí DCT: Pd = M tt R (1+ ) + (M2 - Mn)R 2 ; 2 (MN) Trong đó: M tt =3,8(kg) : Khối lợng chuyển động tịnh tiến của thanh truyền M2, Mn tơng ứng là khối lợng quy về đầu to, khối lợng nắp đầu to (kg) Để đơn giản cho tính toán ta giả thiết : M2 - M n =2,87-0,7175=... ) ứng suất biến dạng cho phép có thể đạt đến 100 250MN/m2 d Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền Do ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền thay đổi theo chu trình không đối xứng Vì vậy hệ số an toàn đợc tính theo công thức: = 1 a + m (2-18) Trong đó: a = max min 2 (2-19) m = max + min 2 (2-20) 2 1 0 = 0 (2-21) Tính toán cho tiết diện nguy hiểm (tiết diện ngàm C -C ) và trên mặt ngoài nên:... :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 2.6 Sơ đồ tính toán thân thanh truyền Pjtb = (3,7+1,825).70.10 3 157 2 (1+ 0,274) = 0,009738 Fmax + Fmin 2 F tb : tiết diện trung bình của thân thanh truyền, lấy F tb = Với: F min =1,278.10 3 (MN) 2 (m ): Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền b2 3 3 3 3 3 F max =H 2 B2-h 2 2 = 65.10 49.10 65.10 24,5.10 = 3,1.10 2 (m ) Chon: H2=0,8.D1=0,8.82=65 B2=0,75.H2=0,75.65=49... phần trên và do tính chất đối xứng ta cắt bỏ đi một nửa tiết diện A -A, thay vào đó bằng các lực và mô men tơng ứng N A , M A Tra bảng trang 202 sách Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong ĐHBK Với: = 1350 thì: NA P = 0,006 MA = P 0,0025 N A = 0,006.P = 0,006.0,076 = 0,45.10-3 M A = 0,0025 P = 0,0025.0,076.26,5.10-3=5,51.10-6 (MN) (MN.m) Hình 2.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền Mz . thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu. Chiều dài thanh truyền đợc tính toán. Lực ỏn mụn hc 2.2. Tính toán kiểm nghiệm bền 2.2.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền. Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác