(TIỂU LUẬN) tính toán kiểm nghiện bền cho piston

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Hưng yên, ngày…… tháng…… năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Đồng Minh Tuấn Trang Tieu luan Mục lục Lời nói đầu…………………………………………………………………… I.Mơ tả chung khái qt chung piston…………………………………… 1.1.Piston…………………………………………………………………………….… 1.1.1.Nhiệm vụ……………………………………………………………………… 1.1.2.Điều kiện làm việc……………………………………………………………… 1.1.3.Vật liệu chế tạo piston…………………………………………………….…… 1.1.4.Kết cấu piston…………………………………………………………… 1.2.Chốt piston………………………………………………………………………… 1.2.1.Nhiệm vụ………………………………………………………………………… 1.2.2.Điều kiện làm việc……………………………………………………………… 1.2.3.Vật liệu chế tạo…………………………………………………………….… 1.2.4.Kết cấu kiểu lắp ghép chốt piston……………………………….….… 1.3.Xéc măng………………………………………………………….……………… 1.3.1.Nhiệm vụ………………………………………………………………………… 1.3.2.Điều kiện làm việc xéc măng…………………………………………… 1.3.3.Vật liệu công nghệ chế tạo phôi xéc măng……………………………… 1.3.4.Kết cấu xéc măng……………………………………………………….… II.Xác định thông số cần thiết …………………………………… 4 4 8 8 11 11 11 11 11 15 2.1.Thông số ban đầu,thông số chọn piston………………………………… 2.1.1.Các thông số ban đầu…………………………………………… 2.1.2.Xác định kích thước piston,chốt piston.xéc măng 2.1.3.Các thông số chọn piston,chốt xéc măng…………………… 15 18 20 21 ІІІ.Tính tốn kiểm nghiệm bền piston………………………………… 22 3.1.Tính tốn kiểm tra bền cho piston……………………………………………… 3.1.1.Tính sức bền đỉnh piston……………………………………………………… 3.1.2.Tính sức bền đầu piston……………………………………………………… 3.1.3.Tính sức bền thân piston……………………………………………………… 3.1.4.Tính sức bền bệ chốt…………………………………………………………… 3.1.5.Tính khe hở piston xylanh…………………………….……………… PHẦN KẾT LUẬN………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………… 23 24 25 26 27 28 29 30 Trang Tieu luan LỜI NĨI ĐẦU Ơtơ phương tiện phục vụ hiệu cho q trình cơng nghiệp hoá, đại hoá, thúc đẩy phát triển kinh tế Ngành cơng nghiệp Ơ tơ, ngành song với nhận thức đắn tầm quan trọng ngành công nghiệp năm gần Đảng Nhà nước ta có sánh phù hợp thúc đẩy phát triển ngành cơng nghiệp Ơ tơ nước, bước phát triển tiến tới sản xuất Ơ tơ nước ta mà khơng cần nhập Sau học xong mơn ‘Tính tốn thiết kế ôtô’ em khoa giao cho đề tài: “Tính tốn kiểm nghiện bền cho piston” Em nhận thấy đề tài có tầm quan trọng địi hỏi u cầu cao Bởi với ngành cơng nghiệp Ô tô nước ta để tiến tới sản xuất việc tính tốn thiết kế cụm chi tiết ôtô phải yêu cầu xây dựng từ bước Q trình làm đồ án mơn học, thân cố gắng, giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn bạn song khả có hạn nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong bảo của thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Qua em xin chân thành cảm ơn bảo hướng dẫn thầy Đồng Minh Tuấn giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, Ngày Tháng Sinh viên Chu Văn Hảo Trang Tieu luan Năm 2013 PHẦN I : MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHÓM PISTON 1.1 Piston 1.1.1 Nhiệm vụ: Piston chi tiết máy quan trọng thuộc cấu trục khuỷu – truyền động đốt trong, có nhiệm vụ : - Cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thành buồng cháy - Truyền lực khí thể cho truyền nhận lực từ truyền để nén hỗn hợp khí- nhiên liệu - Ngồi mơt số động hai kỳ, píston cịn có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp thải cấu phối khí 1.1.2 Điều kiện làm việc Do điều kiện làm việc piston khắc nghiệt, cụ thể là: a Tải trọng học lớn có chu kỳ - Áp suất lớn, đến 120 kg/cm2 - Lực quán tính lớn, đặc biệt động cao tốc b Tải trọng nhiệt Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ (khoảng 2200 – 2800 oK) nên nhiệt độ phần đỉnh piston đến khoảng (500 – 800) oK Do nhiệt độ cao, piston bị giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ…., làm đầu nhờn chóng bị phân huỷ c Ma sát ăn mịn hố học Do lực ngang N nên piston xylanh có ma sát lớn Điều kiện bôi trơn khó khăn, thơng thường vung té nên khó bảo đảm bơi trơn hồn hảo Mặt khác thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có chất ăn mịn axít nên piston cịn chịu ăn mịn hóa học 1.1.3 Vật liệu chế tạo piston Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo cho piston làm việc ổn định lâu dài điều kiện làm việc khắc nghiệt nêu Trong thực tế số vật liệu sau dùng để chế tạo piston - Gang : Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu Gang có sức bền nhiệt bền học cao, hệ số giãn dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo rẻ Tuy nhiên gang nặng nên lực quán tính piston lớn gang dùng động tốc độ thấp Mặt khác hệ số dẫn nhiệt gang nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao - Hợp kim nhơm: hợp kim nhơm có nhiều ưu điểm nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ số ma sát với gang nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên dùng phổ biến để chế tạo piston Tuy nhiên hợp kim nhơm có hệ số giãn nở dài lớn nên khe hở piston xylanh phải lớn để tránh bó kẹt Do lọt khí nhiều từ buồng cháy xuống hộp trục khuỷu động, khó khởi động có tiếng gõ piston đổi chiều Trang Tieu luan Ở nhiệt độ cao sức bền piston giảm nhiều Ví dụ nhiệt độ tăng từ 288 o K lên 623o K sức bền hợp kim nhôm giảm 65% đến 70 % sức bền gang giảm 18% đến 20% Mặt khác piston làm hợp kim nhôm chịu mòn đắt 1.1.4 Kết cấu pitston Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu piston a Đỉnh piston: Là phần piston, với xylanh nắp xylanh tạo thành buồng cháy Các dạng đỉnh piston động xăng động điêzel thường dùng giới thiệu hình 1.2 Có thể chia dạng đỉnh thành loại lớn: đỉnh bằng, đỉnh lồi đỉnh lõm a b c d e f g h i Hình 2: Các dạng đỉnh piston Trang Tieu luan - Đỉnh (hình 1.2.a) loại phổ biến Nó có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Loại đỉnh hay dùng cho piston động xăng có tỷ số nén thấp động điêzel có buồng cháy dự bị xốy lốc - Đỉnh lồi (hình 1.2.b) Có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền đỉnh nên trọng lượng piston nhỏ diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ đỉnh thường cao đỉnh Loại đỉnh lồi thường dùng cho động xăng có buồng cháy chỏm cầu, xu páp treo (như động Craysow, plinut…) động xăng hai kỳ công suất nhỏ PD-10, Solex… - Đỉnh lõm (hình 1.2.c), tạo xốy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho q trình hình thành khí hỗn hợp Tuy nhiên sức bền diện tích chịu nhiệt lớn so với đỉnh Loại đỉnh dùng cho động xăng động diesel - Đỉnh chứa buồng cháy loại đỉnh thường gặp động diesel Đối với động diesel có buồng cháy đỉnh piston , kết cấu buồng cháy phải thoả mãn điều kiện sau tùy trường hợp cụ thể: + Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy hướng chùm tia nhiên liệu để tổ chức tạo thành hỗn hơp tốt nhất.(hình 1.2 e) + Phải tận dụng xốy lốc khơng khí trình nén, hình (1.2 c,f):buồng cháy omega;hình (1.2g) buồng cháy đenta; hình (1.2 h) buồng cháy MAN b Đầu piston Đường kính đầu piston thường nhỏ đường kính thân thân piston phần dẫn hướng piston Kết cấu đầu piston phải bảo đảm yêu cầu sau: -Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cácte dầu dầu bôi trơn từ te sục lên buồng cháy Thông thường người ta dùng xécmăng để bao kín Có hai loại xécmăng xécmăng khí để bao kín buồng cháy xécmăng dầu để ngăn dầu sục lên buồng cháy Số xécmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ: - Động xăng : – xécmăng khí, – xécmăng dầu - Động diesel cao tốc : – xécmăng khí, – xécmăng dầu - Động diesel tốc độ thấp : – xécmăng khí, – xécmăng dầu - Tản nhiệt tốt cho xécmăng phần lớn nhiệt piston truyền qua xécmăng cho xylanh đến môi chất làm mát Để tản nhiệt tốt cho piston thường dùng kết cấu đầu piston sau: - Phần chuyển tiếp đỉnh đầu có bán kính R lớn - Dùng gân tản nhiệt đỉnh piston - Tạo rãnh ngăn nhiệt đầu piston để giảm nhiệt lượng truyền cho xécmăng thứ - Làm mát đỉnh piston Trang Tieu luan a b Hình 1.3:Rãnh ngăn nhiệt phần dầu piston - Vấn đề sức bền: Tăng bền cho phần đầu piston chủ yếu gân đỉnh gân nối liền với bệ chốt, cần phải lựa chọn kiểu gân hợp lý để dễ thao tác đúc piston c Thân piston Tác dụng thân piston dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xylanh chịu lực ngang N Khi thiết kế phần thân piston thường phải giải vấn đề sau: - Chiều dài thân piston - Chiều dài thân piston định điều kiện áp suất tiếp xúc, lực ngang N gây ra, phải nhỏ áp suất tiếp xúc cho phép - Vị trí lỗ bệ chốt - Vị trí tâm chốt bố trí cho piston xylanh mịn đều, đồng thời giảm va đập gõ piston đổi chiều Một số động có tâm chốt lệch với tâm xylanh giá trị phía cho lự ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực N piston xylanh mòn Trạng thái biến dạng piston giới thiệu hình 1.4 a b Hình 1.4: Trạng thái biến dạng chốt piston Trang Tieu luan c -Hình 1.4.a trạng thái biến dạng thân piston chịu nhiệt độ cao Do kim loại tập trung phần bệ chốt nên chịu nhiệt thân piston giãn nở theo đường tâm chốt -Hình1 4.b trạng thái biến dạng thân piston piston chịu lực khí thể Áp suất khí thể uốn cong đỉnh làm thân bị biến dạng theo phương đường tâm chốt -Hình1 4.c trạng thái biến dạng piston thân chịu tác động lực ngang N Chiều biến dạng trùng với phương đường tâm chốt Để khắc phục tình trạng bó piston người ta thường dùng biện pháp thiết kế sau: - Chế tạo thân piston có dạng van, trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt - Tiện vát đúc lõm hai đầu bệ chốt để lại cung khoảng 90 -100 để chịu lực mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực - Xẻ rãnh chữ T, chữ U ngược rãnh ngang rãnh xéc măng dầu - Đúc gắn miếng hợp kim inva vào vùng bệ chốt để hạn chế giãn nở vùng bệ chốt Do trạng thái nhiệt piston giảm dần từ phía đỉnh xuống đến chân piston nên khe hở piston xylanh giảm dần d Chân piston Chân piston thường có vành đai để tăng độ cứng vững vùng mặt trụ vành đai thường chuẩn công nghệ gia công piston nơi điều chỉnh trọng lượng piston phân nhóm lắp ráp Sai lệch trọng lượng piston nhóm khơng vượt q (0.2-0.6)% động ô tô 1.2 Chốt piston 1.2.1 Nhiệm vụ Chốt piston chi tiết nối piston với truyền truyền lực tác dụng piston cho truyền để làm quay trục khuỷu Vì chi tiết máy có kết cấu đơn giản lại quan trọng, yêu cầu có độ bền độ tin cậy cao 1.2.2 Điều kiện làm việc Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao điều kiện bơi trơn khó khăn 1.2.3 Vật liệu chế tạo Để đảm bảo độ tin cậy cao, người ta thường dùng loại thép hợp kim thành phần bon thấp để chế tạo chốt piston 20Cr; 15CrM; 18CrNiM… Để tăng độ cứng vững cho bề mặt, tăng sức bền mỏi chốt thấm than, xianua hố, tơi cao tần mạ bóng 1.2.4 Kết cấu kiểu lắp ghép chốt piston a Kết cấu Kết cấu chốt piston đơn giản, có dạng hình trụ rỗng nhẹ Các chốt khác phần ruột, cụ thể: Trang Tieu luan Trang Tieu luan a b c d e Hình 5: Chốt piston - Mặt có dạng hình trụ (hình 1.5.a) có ưu điểm dễ chế tạo vật liệu phân bố lại khơng hợp lý, trọng lượng lớn - Mặt có dạng (như hình 1.5.b, c, d, e) có kết cấu phức tạp chốt nhẹ có sức bền đồng Vì loại chốt thường dùng động cao tốc Kích thước đường kính ngồi chốt phải thiết kế theo hệ trục để việc lắp ghép đạt yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo khe hở lắp ghép với bệ chốt khe hở lắp ráp với đầu nhỏ truyền b Các kiểu lắp ghép chốt piston a b c Hình : Các kiểu lắp ghép chốt piston Trang 10 Tieu luan b.Xécmăng dầu vấn đề ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy Trong trình làm việc động đốt trong, xécmăng khí dù tốt đến ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy động Đó xécmăng khí có tác dụng “ bơm dầu” vào buồng cháy Sơ đồ nguyên lý tác dụng bơm dầu xécmăng khí hình vẽ: Hình 1.8:Tác dụng bơm dầu xécmăng khí 1:Piston; 2:Xy lanh;3Xécmăng Từ hình vẽ ta thấy piston xuống, xécmăng vét dầu tụ vào rãnh xécmăng Khi piston đổi chiều, lên xécmăng khí tiếp xúc với mặt rãnh phía dưới, dồn dầu lên phía Khi piston xuống lần thứ hai, xécmăng lại tiếp xúc với mặt rãnh trên, ép số dầu rãnh lên Cứ dầu nhờn dần vào buồng cháy gây lên tượng sục dầu.để ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy, phải dùng xécmăng dầu để gạt dầu trở te, phân bố mặt gương xylanh lớp dầu mỏng *Kết cấu xécmăng dầu hình vẽ Hình 9: Kết cấu xéc măng dầu Các loại tiết diện có mặt cơn, lưỡi dao có áp suất tác dụng mặt gương xylanh lớn(4÷6 at cao hơn) Rãnh lắp xécmăng dầu piston phải có lỗ dầu Trang 13 Tieu luan PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT 2.1 Thông số ban đầu, thông số chọn piston 2.1.1 Các thông số ban đầu Bảng2.1: Bảng thông số ban đầu Loại động Kiểu động Công suất động Số vòng quay Suất tiêu hao nhiên liệu Số kỳ Đường kính xi lanh Hành trình piston Tỷ số nén Số xi lanh Chiều dài truyền Khối lượng nhóm piston Khối lượng truyền Áp suất khí thể lớn Diesel ,không tăng áp (Mekongstar) Một hàng 79 4800 200 04 90 94 18,7 04 (1-3-4-2) 150 0,862 1,078 5,9 Đơn vị mã lực vòng / phút g /ml.h mm mm mm mm kg kg Mpa Bảng 2.2 : Bảng thơng số ban đầu tính tốn Số thứ tự Thơng số ban đầu Cơng thức tính tốn Kết Áp suất khí thể P = 5,9 MPa 5,9 ( MN/ m ) P = 5,9 (MN/ m ) Đường kính piston D = 90 (mm ) 0,09 (m) D = 0,09 (m) Thông số kết cấu λ = R/ L = 47/150 0,313 λ = 0,313 Cấp xác 1/1000 Bảng2.3 : Bảng kích thước piston , chốt piston xéc măng Trang 14 Tieu luan Thông số Động diesel (ôtô , máy kéo ) Chiều dày đỉnh piston (0,1 0,2 ) D Khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng thứ (1,0 2,0 ) Chiều dày s phần đầu (0,05 Chiều cao H piston (động bốn kỳ ) (1,0 1,6 ) D Vị trí chốt piston (đến chân piston ) H-h (0,5 1,2 )D Đường kính chốt piston ( 0,3 0,45 )D ( 1,3 1,6 ) d cp (0,6 0,8 ) Chiều dày phần thân (2 ) mm Số xéc măng khí Chiều dày hướng kính t xéc măng khí ( 1/22 ÷ 1/26 )D Chiều cao a xéc măng khí (2,2 Số xéc măng dầu Đường kính bệ chốt khơng làm mát đỉnh d cp db Đường kính lỗ chốt d0 Chiều dày bờ rãnh xéc măng a1 0,1 )D ) mm a Chiều cao xéc măng dầu a a2 Vị trí chốt piston đến chân piston ≥a h=H Trang 15 Tieu luan d cp (H 2.1.2 Xác định kích thước piston ,chốt piston xéc măng - Xác định chiều dày đỉnh piston ( δ) Chiều dày đỉnh piston δ không làm mát đỉnh δ = ( 0,1 ÷ 0,2 ) D Với D đường kính xy lanh ; D =90 (mm ) δ = ( ÷ 18 ) Chọn δ = 10 - ( mm ) Xác định khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng khí thứ C = ( 1,0 ÷ 2,0 ) δ Đối với piston khơng làm mát đỉnh C = ( 10 ÷ 20 ) - Chọn C = 11 (mm ) Xác định chiều dày S phần đầu Chiều dày S phần đầu xác định S = ( 0,05 ÷ 0,1 ) D Với D=90 ta có S = ( 4,5 ÷ ) - Chọn S =8 ( mm ) Xác định chiều cao H piston (động bốn kỳ ) Chiều cao H piston xác định : H Ta có H - ( 1,0 ÷ 1,6 ) D ( 90 ÷ 144 ).Chọn H = 95 ( mm ) Xác định vị trí chốt piston ( đến chân piston ) H-h Vị trí chốt piston ( đến chân piston ) H –h xác định H-h = ( 0,5 ÷ 1,2 ) D Ta có H-h = (45 ÷ 108) ta chon H-h = 46 →h=H - 50 = 95 - 46 = 49 Ta có - ( mm ) Xác định đường kính chốt piston d cp d cp = ( 0,3 ÷ 0,45 ) D d cp = 30 ( mm ) Xác định đường kính lỗ chốt piston Đường kính lỗ chốt piston Ta có - d cp = ( 27 ÷ 40,5 ) ta chọn d0 d0 d0 =( 0,6 ÷ 0,8 ) =( 18 ÷ 24 ) ta chọn Xác định đường kính bệ chốt Đường kính bệ chốt db ( mm ) db d0 xác định theo công thức d cp d0 = 20 ( mm ) d0 xác định = ( 1,1 ÷ 1,6 ) d cp Trang 16 Tieu luan Ta có - db = ( 33 ÷ 48 ) Chọn Xác định chiều dày thân S1 - db = 40 ( mm ) S1 =( ÷ ) ( mm ) Ta chọn S1 =4 ( mm ) Xác định số xéc măng khí Số xéc măng khí có từ ÷ Ta chọn số xéc măng khí - Xác định chiều dày hướng kính t xéc măng khí Chiều dày hướng kính t xéc măng khí cơng thức t = ( 1/22 ÷ 1/26 ) D Ta có t = ( 4,09 ÷ 3,46 ) ta chọn t = - ( mm ) Xác định chiều cao a xéc măng khí Chiều cao a xéc măng khí xác định cơng thức a = ( 2,2 ÷ ) ( mm ) Ta chọn a = - (mm ) Xác định số xéc măng dầu xác định Số xéc măng dầu có từ ( ÷ ) Ta chọn số xéc măng dầu - Xác định chiều dày bờ rãnh xéc măng Chiều dày bờ rãnh xéc măng Ta chọn a1 ≥a → a1 =3 a1 a1 a1 ≥3 ( mm ) ( mm ) Chiều cao xéc măng dầu a a2 a Ta chọn a = ( mm ) Trang 17 Tieu luan 2.1.3 Các thông số chọn piston, chốt xéc măng Bảng2.4 : Bảng kết tính tốn piston , chốt piston xéc măng Các thông số chọn Chiều dầy đỉnh piston Kết δ = 10 Đơn vị mm Khoảng cách C từ đỉnh piston đến xéc măng khí C = 11 mm Chiều dầy phần đầu S=8 mm Chiều cao H piston H = 95 mm Vị trí chốt piston đến chân pittơng h = 49 mm Đường kính chốt piston d cp = Đường kính lỗ chốt Đường kính bệ chốt Chiều dày phần thân 30 mm d0 = 20 mm db = 40 mm =4 mm S1 10 Số xéc măng khí 11 Số xéc măng dầu 12 Chiều dày hướng kính t xéc măng khí 13 Chiều cao xéc măng khí 14 Chiều dày bề rãnh xéc măng khí 15 Chiều cao xéc măng dầu t=4 mm a=3 mm =3 mm a2 =4 mm a1 Trang 18 Tieu luan PHẦN III :TÍNH TỐN , KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON 3.1 Tính tốn kiểm tra bền cho piston Tính tốn kiểm tra bền cho piston bao gồm việc tính kiểm tra bền cho đỉnh, đầu, thân bệ chốt piston Hình 3.1:Kích thước phần piston 3.1.1 Tính sức bền đỉnh piston Trong trình làm việc đỉnh piston vừa chịu tải trọng học (lực khí thể) lại vừa chịu tải trọng nhiệt nên trạng thái biến dạng phức tạp Vì vậy, để đơn giản hóa tính tốn ta tính trạng thái ứng suất gần theo giả thiết định (phụ thuộc vào phương pháp tính) Áp dụng cơng thức Back, để tính kiểm nghiệm bền cho đỉnh piston ta giả thiết: - Coi đỉnh piston đĩa có chiều dày  đồng đặt tự gối đỡ hình trụ - Coi áp suất khí thể p z phân bố - Tính lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston Sơ đồ tính tốn lực hình 3.1 Áp dụng công thức : Pz  p z F p Trong đó: - Fp diện tích đỉnh piston tính theo cơng thức: Fp   D ( m2 ) Với D đường kính đỉnh piston , D = 90 (mm) = 0,09 - p z áp suất khí thể (m) (Mpa) Trang 19 Tieu luan Pz  5,9 Ta có :  (0,09)  37,515.10 3 (MN) Hình 3.2 : Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston - Trên nửa đỉnh piston có lực sau tác dụng: - Lực khí thể Pz Lực tác dụng lên trọng tâm nửa hình trịn cách trục x-x đoạn y1 y1  - D 0,09   19,10.10 3  3,14 Phản lực lực khí thể (m) Pz phân bố nửa đường trịn đường kính Di , đặt lên trọng tâm nửa đường tròn cách truc x-x đoạn y : y2  D   0,09  28,66.10 3 3,14 (m) Do mơ men uốn đỉnh M u : Mu   Pz  y  y1  37,515.10 3  28,66  19,0110 3  179,29.10 6 ( MN m) Mô đun chống uốn Wu tiết diện x-x: Wu  D. 0,09.(0,01)   1,5.10 6 6 Trang 20 Tieu luan (m ) Do ứng suất uốn đỉnh piston: u  M u 179,29.10 6   119,52 Wu 1,5.10 6 ( MN / m ) Chọn vật liệu làm piston hợp kim nhơm, đỉnh có gân tăng bền nên ta có  u   25  180 ( MN / m ) Nhận xét thấy  u   u  nên đỉnh piston thỏa mãn điều kiện bền Hình 3.3 : Sơ đồ tính bền đỉnh piston 3.1.2 Tính sức bền đầu piston Tiết diện I-I hình vẽ tiết diện suy yếu đầu piston (tiết diện cắt ngang qua rãnh xécmăng dầu) Tiết diện chịu kéo phần khối lượng m I  I phía chịu nén lực khí thể q trình cháy, giãn nở Vì vậy, để kiểm tra xem đầu piston có đảm bảo bền hay không ta cần phải xác định ứng suất kéo ứng suất nén tiết diện I-I a Ứng suất kéo  k : Áp dụng công thức : k  PJ m j  I  I max FI  I FI  I ( MN ) m2 Trong đó: + m I  I khối lượng phía tiết diện I-I (kg) + j max gia tốc lớn piston ( m / s2 ) + FI  I diện tích tiết diện I-I (m ) - Tính khối lượng m I  I phía tiết diện I-I: Áp dụng công thức : m I  I   V Trong đó: Trang 21 Tieu luan +  khối lượng riêng vật liệu làm piston, với piston làm hợp kim nhôm ta chọn  = 2,5 kg/d m = 2,5 103 kg/ m3 +V thể tích phần đầu piston phía mặt cắt I-I : V = V1  V2  V3 Trong đó: V1 thể tích phần đầu piston phía mặt cắt I-I coi đặc - V1  a D (C  3a  3a1  )  V1   (0,09) (0,011  3.0,003  3.0,003  0,004 )  1,971.10  4 (m ) - V thể tích phần rỗng đầu piston phía mặt cắt I-I  d 22 a (C  3a  3a1    ) d1  D  2t  0,09  2.0,004  0,082(m) d  d1  S  0,082  2.0,008  0,066(m)  V2   V2   (0,066) 0,004 (0,011  3.0,003  3.0,003   0,01)  7,180.10 5 ( m ) - V3 thể tích phần rãnh xéc măng phía mặt cắt I-I a2  ) ( D  d 12 ) 0,004   V3  (3.0,003  ) .(0,09  0,082 )  0,108.10  ( m ) V3  (3a  Thể tích phần đầu piston là:  V  V1  V2  V3  (19,71  7,180  0,108).10 5  12,494.10 5 (m ) Khối lượng phần đầu piston là: mI  I  V  12,494.10 5.2,5.10  0,312 (kg ) Tính diện tích FI  I tiết diện I-I Áp dụng công thức : FI  I  -   (d12  d 22 )  (0,082  0,066 )  1,858.10 3 4 (m ) Tính gia tốc lớn piston Áp dụng cơng thức : J  R  cos    cos 2  Trong đó: -  thông số kết cấu, λ = 0, 313 -R bán kính quay trục khuỷu (mm), R =47 -  vận tốc góc piston (rad/s) xác định theo công thức Trang 22 Tieu luan (mm) 2. n 60 2.3,14.4800    502,4( rad / s ) 60  Từ biểu thức tính gia tốc J ta nhận thấy J đạt giá trị cực đại    cos   Khi ta có: J max  R. (1   ) J max  47.10 3.502,4 (1  0,313)  15576,211 (m / s ) k  mI  I J max 0,312.15576,211   2615596,25( N / m )  2,615 FI  I 1,858.10 3 ( MN / m ) Nhận xét thấy  k  2,615( MN / m )   k   10( MN / m )  đầu piston thỏa mãn sức bền kéo - Ứng suất nén: Ứng suất nén tiết diện I-I xác định theo công thức: Thay số ta n  Pz 37,515.10 3   20,191 FI I 1,858.10 3 ( MN / m ) Đối với piston làm hợp kim nhơm ta có  n  20,191( MN / m )   n   n   60( MN / m ) đầu piston thỏa mãn điều kiện chịu nén 3.1.3 Tính sức bền thân piston Để kiểm tra xem thân piston có đảm bảo bền khơng ta cần phải tính áp suất nén thân piston lên vách xylanh sau so sánh với áp suất nén cho phép Áp dụng công thức sau : K th  N max , ( MN / m ) D.l th Trong đó: - K th áp suất tác dụng lên vách xylanh - lth chiều dài thân piston lth  H  (C  3a  3a1  a )  lth  0,095  (0,011  3.0,003  3.0,003  0,004)  0,062(m) - N max lực ngang cực đại tính theo cơng thức kinh nghiệm ( Động diesel ) : N max  (0,8  1,3) P F b Trong : P  Pkt  p j Pkt lực khí thể Pkt =Pz = (MN) p j =(m1+mnp)j 37,515.10 3 m1 khối lượng truyền quy dẫn đầu nhỏ Trang 23 Tieu luan Vậy (N) Do m1= 0,275.mtt= 0,275.1,078= 0,296 mnp = 0,862 p j =(0,296 + 0,862).15576,211 = 18037,252 (kg) (kg) P  (37,515.10 3  18037,252.10 6 )9,81  0,544 Fb  (atm)  D 3,14.0,09   6,358.10 3 4 2 N max  (0,8  1,3) P F b  (0,8  1.3).0,544.6,358.10 3  (0,002  0,004) Chọn N max  0,0021 (MN) (MN) K th  0,0021  0,376 0,09.0,062 (MN/m2) Nhận xét thấy K th <  K th  =0,3– 0,5(MN/m2) Vậy thân piston đảm bảo bền 3.1.4 Tính sức bền bệ chốt piston Đối với bệ chốt piston ta cần tính áp suất nén để kiểm tra xem có đảm bảo điều kiện bơi trơn khơng Áp suất nén bệ chốt piston xác định theo công thức: Kb  Pz 2.d ch l1 (MN/m2) Trong đó: - d ch đường kính ngồi chốt piston , d ch = 0,03 - l1 chiều dài bệ chốt tiếp xúc với chốt: l1  Kb  lcp 37,515.10 3  22,113 2.0,03.0,028  d1 0,082   0,028 3 Đối với chốt lắp tự do, piston làm hợp kim nhơm ta có  K b   20  30 (m) (m) (MN/m2) ( MN / m ) Nhận xét thấy K b   K b   bệ chốt piston đảm bảo bền 3.1.5 Tính khe hở piston xylanh Nói chung khe hở liên quan nhiều đến khả truyền dẫn nhiệt qua vách xylanh Nếu coi nhiệt độ trung bình xylanh 100 C khe hở lắp ráp piston phải lựa chọn cho đỉnh piston không vượt 3000 C đơng xăng Khe hở nóng piston trạng thái làm việc xác định theo công thức kinh nghiệm sau     .D đây: Khe hở tiêu chuẩn phải nhỏ 0,15 (mm) Trong : -   khe hở tương đối piston + Khe hở piston xylanh phần đỉnh piston  đ  0,002  0,0025 (mm)  đ  đ D  0,002.0,09  1,8.10 4 (mm) + Khe hở piston xylanh phần thân piston th  0,001  0,0015 (mm)  th  th D  0,001.0,09  9.10 5 Trang 24 Tieu luan (mm) Vậy khe hở piston đẩm bảo Trang 25 Tieu luan PHẦN KẾT Sau thời gian tìm hiểu thực làm đồ án môn học thiết đề tài '' Tính tốn kiểm nghiệm bền cho piston'' hoàn thành thời gian quy định Điều mang lại cho em nhiều kiến thức lý thuyết môn học đồ án thiết kế ngành ô tô , đồ án giúp em hiểu nắm cấu tạo, điều kiện làm việc piston cấu trục khuỷu truyền tơ Ngồi đồ án mơn học thiết kế hồn thành tài liệu tham khảo bổ ích cho bạn đọc Để đồ án mơn học thiết kế hồn thành, trước hết em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo đầy nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn “ Đồng Minh Tuấn ” Mặc dù cố gắng thể nội dung cách mang tính chất đại Tuy nhiên trình độ mơn học cịn hạn chế, đồng thời kinh nghiệm cịn thiếu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong thơng cảm đóng góp ý kiến thầy giáo tồn thể bạn khoa để đề tài em tốt Em xin chân thành cảm ơn! Simh viên thực Trang 26 Tieu luan TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình hướng dẫn làm đồ án mơn học Động đốt trong: Tác giả:PGS.Nguyễn Đức Phú Bộ môn Động đốt trong-Khoa Cơ Khí-ĐHBK HN 2.Nguyên lý động đốt trong: Tác giả:GS.TS.Nguyễn Tất Tiến Nhà xuất Giáo Dục 3.Kết cấu tính tốn Động đốt T1,T2: Tác giả:Hồ Tấn Chuẩn-Nguyễn Đức Phú-Trần Văn Tế-Nguyễn Tất TiếnPhạm Văn Thể Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp 4.Động đốt trong: Tác giả:PGS.TS.Phạm Minh Tuấn Nhà xuất khoa học kỹ thuật 5.Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy: Tác giả:GS.TS.Nguyễn Đắc Lộc-Lưu Văn Nhang Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trang 27 Tieu luan ... luan PHẦN III :TÍNH TỐN , KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON 3.1 Tính tốn kiểm tra bền cho piston Tính tốn kiểm tra bền cho piston bao gồm việc tính kiểm tra bền cho đỉnh, đầu, thân bệ chốt piston Hình 3.1:Kích... 21 ІІІ .Tính tốn kiểm nghiệm bền piston? ??……………………………… 22 3.1 .Tính tốn kiểm tra bền cho piston? ??…………………………………………… 3.1.1 .Tính sức bền đỉnh piston? ??…………………………………………………… 3.1.2 .Tính sức bền đầu piston? ??……………………………………………………... hóa tính tốn ta tính trạng thái ứng suất gần theo giả thiết định (phụ thuộc vào phương pháp tính) Áp dụng cơng thức Back, để tính kiểm nghiệm bền cho đỉnh piston ta giả thiết: - Coi đỉnh piston