A02 thiet ke than may va nap may

MỤC LỤC ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 1.1 Điều kiện làm việc 1.2 Các yêu cầu cần có 1.3 Yêu cầu chung TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Sơ đồ tổng quát 2.2 Các phương án chọn nắp máy 2.2.1 Phương án buồng cháy bán cầu …….5 2.2.2 Phương án buồng cháy hình chêm 2.2.3 Phương án buồng cháy kiểu oval 2.3 Các phương án chọn gioăng bao kín 2.3.1 Phương án gioăng đồng nhôm 2.3.2 Phương án chọn giăng thép 2.3.3 Phương án gioăng bằng thép 2.3.4 Phương án gioăng vật liệu mềm 2.4 Các phương án chọn thân máy 2.4.1 Thân xylanh chịu lực 2.4.2 Vỏ thân xylanh chịu lực 2.4.3 Gujong chịu lực 2.5 Phương án kết cấu thân máy 2.5.1 Kiểu thân xylanh – hộp trục khuỷu 2.5.2 Kiểu thân rời 2.6 Phương án chọn lót xylanh thân máy 10 2.6.1 Lót xylanh khơ 10 2.6.2 Lót xylanh ướt 10 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 11 3.1 Tính toán sơ bô ̣ các kích tro ̣ng yế u của nắ p và thân máy:……………………………11 3.2 Trin ̀ h bày bản ve ̃ bố trí chung của nắ p máy và thân máy 11 THIẾT KẾ KĨ THUẬT THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 13 4.1 Bài toán sức bền nắp máy 13 4.1.1 Xác định yếu tố sinh ứng suất nắp xylanh 13 4.1.2 Giả thuyết đưa 13 4.1.3 Tính momen uốn sinh nắp xylanh 14 4.1.4 Tính ứng suất sinh nắp xylanh 14 4.2 Tính toán các yế u tố sức bề n liên quan đế n thân máy 15 4.2.1 Xác định chiều dày xylanh lót xy lanh 15 4.2.2 Tính sức bền vai lót xylanh 16 4.2.3 Tính sức bền mặt bích lắp xylanh 17 4.2.4 Tính sức bền bulong lắp ghép xylanh thân máy với hộp trục khuỷu 17 4.2.5 Tính tốn bền gujong chịu lực 18 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CỦA THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 18 THIẾT KẾ KINH TẾ THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 18 TÀ I LIỆU THAM KHẢO 19 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA THÂN MÁY NẮP MÁY 1.1 Điều kiện làm việc Chiụ tác du ̣ng của lực khí thể Chiụ nhiê ̣t đô ̣ cao quá trình làm viê ̣c Chiụ rung đô ̣ng có chu kỳ quá trình làm viê ̣c Chìu mài mòn (đố i với loa ̣i thân máy có xy lanh đúc liề n) Phải đảm bảo bố trí đươ ̣c cái ̣ thố ng: ̣ thố ng phát lực, ̣ thố ng làm mát, ̣ thố ng bôi trơn và ̣ thố ng phố i khí 1.2 Các yêu cầu cần có Kế t cấ u đơn giản, dễ chế ta ̣o và bảo trì sửa chữa Đảm bảo bao kiń buồ ng cháy và xy lanh, không gây mấ t áp dẫn đế n hao tổ n công suấ t Đô ̣ dày thân máy cũng nắ p máy phải đủ để hoa ̣t đô ̣ng với tỉ số nén đã cho Phải đảm bảo bố trí đươ ̣c các ̣ thố ng khác (hê ̣ thố ng làm mát, ̣ thố ng phát lực, ̣ thố ng phố i khí, ) Đồ ng thời cũng phải đảm bảo cho các ̣ thố ng nêu làm viê ̣c hiê ̣u quả và ổ n đinh ̣          1.3 Yêu cầu chung  Tuổ i tho ̣ cao  Dễ dàng tháo lắ p và sửa chữa  Đô ̣ tin câ ̣y cao TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Sơ đồ tổng quát BẰNG THÉP BẰNG VẬT LIỆU MỀM GIOĂNG BAO KÍN BẰNG ĐỒNG , NHƠM BẰNG LÁ THÉP KẾT CẤU BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ CHẠY XĂNG BUỒNG CHÁY BÁN CẦU BUỒNG CHÁY HÌNH CHÊM BUỒNG CHÁY KIỂU Ô VAN BUỒNG CHÁY KIỂU RICARDO THÂN MÁY CHỊU LỰC KIỂU CHỊU LỰC THÂN MÁY VỎ MÁY CHỊU LỰC GUJONG CHỊU LỰC KIỀU THÂN XYLANH HỘP TRỤC KHUỶU THÂN MÁY KẾT CẤU CỦA THÂN MÁY KIỂU THÂN XYLANH RỜI LĨT XYLANH ƯỚT LĨT XYLANH LĨT XYLANH KHƠ 2.2 Các phương án chọn nắp máy 2.2.1 Phương án buồng cháy bán cầu Hình 2.1 Buồng cháy bán cầu  Ưu điểm  Kết cấu đơn giản,diện tích buồng đốt nhỏ gọn  Bố trí supap hợp lí thuận lợi cho nạp thải khí  Nhược điểm : Nếu đỉnh piston làm lồi để tăng tỉ số nén tạo xốy lốc buồng đốt cháy dội gây khó làm mát đỉnh piston 2.2.2 Phương án buồng cháy hình chêm Hình 2.2 Buồng cháy hình chêm  Ưu điểm :  Sử dụng phổ biến nhiều loại động (V, nhiều hàng xylanh, bố trí theo nhiều kiểu(trong nắp máy xylanh)  Gọn, cường độ xốy lốc thích hợp cách bố trí tốt nên đường nạp sấy nóng(hỗn hợp vào xylanh cháy tốt  Nhược điểm : Độ cứng vững thấp 2.2.3 Phương án buồng cháy kiểu oval Hình 2.3 Buồng cháy oval  Ưu điểm : Xupap nạp thải bố trí phía, điều khiến cho lợi dụng nhiệt khí thải để sấy nóng đường ống nạp  Nhược điểm : Khơng gian bố trí nước làm mát lớn 2.2.4 Phương án buồng cháy Ricardo Hình 2.3 Buồng cháy ricardo  Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giảm chiều cao động ,cơ cấu phân phối khí đơn giản  Nhược điểm: khó làm mát xupap 2.3 Các phương án chọn gioăng bao kín 2.3.1 Phương án gioăng đồng nhơm Hình 2.4 Gioăng đồng  Ưu điểm: dễ chế tạo, độ bền cao  Nhược điểm :  Lực siết gujong lớn  Yêu cầu bề mặt lắp ghép nhẵn  Phụ thuộc vào độ bền nắp máy thân máy 2.3.2 Phương án chọn giăng thép Hình 2.5 Gioăng thép  Ưu điểm : có sức bền độ cứng vững lớn  Nhược điểm :  Sử dụng khơng linh hoạt cần thêm đệm cao su để bao kín lỗ dầu, lỗ dẫn nước làm mát  Lực siết gujong lớn 2.3.3 Phương án gioăng bằng thép Hình 2.6 Gioăng thép  Ưu điểm :  Khả bao kín tốt có rãnh dập gioăng  Có tính đàn hồi tốt chịu nhiệt phủ lớp nhựa chịu nhiệt  Nhược điểm : Việc gia công phức tạp 2.3.4 Phương án gioăng vật liệu mềm  Ưu điểm :  Tiếp xúc tốt với bề mặt khơng phẳng  Bao kín tốt  Nhược điểm : Độ bền thấp 2.4 Các phương án chọn thân máy  Phương án kiểu chịu lực thân máy 2.4.1 Thân xylanh chịu lực Hình 2.7 Sơ đồ thân xylanh chịu lực     Ưu điểm: Có độ cứng vững tốt Chịu lực tốt Thân máy động xăng thường dùng kết cấu kiểu thân xylanh hộp trục khuỷu  Loại thân máy kiểu thân rời thường dùng động máy bay loại động làm mát gió  Nhược điểm : Đối với động có đường kính xylanh lớn khó chế tạo 2.4.2 Vỏ thân xylanh chịu lực Hình 2.8 Sơ đồ vỏ thân xylanh chịu lực     Ưu điểm: Xylanh không chịu lực Dễ thay sữa chửa Dùng ống lót xylanh lắp vào vỏ thân xylanh nên khí lót xylanh mịn thay dễ dàng  Nhược điểm:  Khi dùng lót xylanh cần chế tạo riêng nên khó chế tạo 2.4.3 Gujong chịu lực Hình 2.9 Sơ đồ gujong chịu lực      2.5 Ưu điểm: Chịu lực tốt Thân xylanh không chịu lực Nhược điểm : Địi hỏi vật liệu chế tạo gujong có độ bền cao chịu lực tốt Phương án kết cấu thân máy 2.5.1 Kiểu thân xylanh – hộp trục khuỷu Hình 2.10 Kiểu thân xylanh- hộp trục khuỷu            Ưu điểm: Được sử dụng phổ biến Có độ cứng vững tương đối lớn Chiều dài thân máy ngắn gọn Được gia cố bản, gân Độ biến dạng xylanh, ổ trục … nhỏ Giảm bớt mặt lắp ghép khiến cho gia cơng đơn giản Có thể làm mỏng nên nhẹ đỡ tốn kim loại Đảm bào độ khít thân xylanh khoang làm mát Nhược điểm : Chế tạo khó , loại động có đường kính xylanh lớn  Gặp khó khăn q trình tháo lắp sửa chữa 2.5.2 Kiểu thân rời Hình 2.11 Thân máy kiểu thân rời           2.6 Phân loại : gồm kiểu thân rời dùng nắp xylanh riêng kểu thân rời gắn liền nắp xylanh Ưu điểm: Dễ chế tạo (đúc gia công ) kiểu thân xylanh – hộp trục khuỷu Thường dùng động có cơng suất lớn Tăng độ cứng vững thân máy Rút ngắn chiều dài giảm trọng lượng thân máy Thuận tiện việc sữa chữa tháo lắp Nhược điểm: Giảm độ cứng vững động làm nắp xylanh riêng Phải dùng gioăng đệm để tránh tươngchảy nước rò rỉ thân máy nắp máy Nếu gắn liền với nắp xylanh việc chế tạo bao kín khó khan Phương án chọn lót xylanh thân máy 2.6.1 Lót xylanh khơ Hình 2.12 Mặt cắt lót xylanh khơ        Ưu điểm: Độ cứng vững lớn nên làm mỏng tốn vật liệu q Không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên khơng sợ rị nước lọt khí Nhược điểm: Lắp ghép phức tạp Khả làm mát Nhiều bề mặt gia cơng xác khó khăn việc chế tạo sửa chữa 2.6.2 Lót xylanh ướt Hình 2.13 Mặt cắt lót xylanh ướt 10  Ưu điểm:  Do trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên làm mát tốt, không xảy tượng q nóng  Khiến cho cơng nghệ đúc thân máy trở nên dễ dàng hơn, đồng thời dùng vật liệu xấu làm vật liệu lót  Gia công tương đối đơn giản  Sửa chữa thay dễ dàng  Rất dễ chế tạo  Tránh tượng lọt khí rị rỉ nước  Tránh tượng biến dạng ống lót chịu nhiệt độ cao tượng bó piston  Nhược điểm:  Khó bao kín, dễ bị rị chảy nước xuống cacte làm hỏng dầu nhờn  Độ cứng vững lót xylanh ướt lót xylanh khơ THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 3.1 Tính toán sơ bô ̣ các kích tro ̣ng yế u của nắ p và thân máy: Ta cho ̣n loa ̣i đô ̣ng với thân máy kiể u thân xy-lanh hô ̣p tru ̣c khuỷu, nắ p máy với buồ ng cháy hình chêm, lót xy lanh ướt a) Đường kiń h mỗi xy lanh và chiề u dài xy-lanh: Từ công suấ t mà khách hàng yêu cầ u, ta xác đinh ̣ đươ ̣c dung tić h xy lanh, từ đó xác đinh ̣ đường kin ́ h và hành trin ̀ h theo công thức: b) Khoảng cách giữa hai xy lanh : khoảng cách giữa hai xy lanh phải đảm bảo vừa đủ để bố trí áo nước, đồ ng thời không đươ ̣c làm quá lớn, ảnh hưởng đế n chiề u dài tru ̣c khuỷu (tru ̣c khuỷu nế u quá dài sẽ ảnh hưởng đế n đô ̣ bề n làm viê ̣c) c) Chiề u cao, chiề u dài và rô ̣ng của thân máy và nắ p máy: cu ̣m chi tiế t cố đinh ̣ là nơi bố trí các ̣ thố ng còn la ̣i của đô ̣ng cơ, vâ ̣y nên phải đảm bảo cho chúng có kích thước tố i ưu, vừa đảm bảo bố trí đươ ̣c các ̣ thố ng (cả bên lẫn bên ngoài), vừa đảm bảo kích thước nhỏ go ̣n để bố trí lên phương tiê ̣n 3.2 Trin ̀ h bày bản ve ̃ bố trí chung của nắ p máy và thân máy Bản vẽ bố trí chung thể hiê ̣n các kić h thước bao và kić h thước tro ̣ng yế u, bao gồ m: Dài x Rô ̣ng x Cao của thân và nắ p máy; bố trí áo nước xung quanh các xylanh và buồ ng cháy ; bố trí ̣ thố ng phố i khí nắ p máy Hình 3.1 Bản vẽ sơ thân máy 11 Hình 3.2 Mặt cắt ngang thân máy Hình 3.3 Hình chiếu ca ̣nh thân máy Hình 3.4 Phương án bố trí nắp máy hình chêm 12 THIẾT KẾ KĨ THUẬT THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 4.1 Bài toán sức bền nắp máy 4.1.1 Xác định yếu tố sinh ứng suất nắp xylanh  Lực khí thể Pz  Lực siết gujong Pbd  Phản lực sinh miệng nắp  Trạng thái nhiệt không đồng nắp xylanh sinh 4.1.2 Giả thuyết đưa  Vì xylanh có hình dạng kích thước nên ta chọn phần nắp máy ứng với xylanh để tính tốn Hình 4.1 Sơ đồ tính tốn nắp xylanh Tiết diện tính tốn chọn x-x , qua đường tâm xupap 13  Coi nắp xylanh nắp hình vng đặt tự gối tựa hình trịn có đường kính Df ( ta lấy nửa hình vng để tính tốn tương tự giả thuyết back theo giả thuyết Back )  Áp suất khí thể Pz phân bố diện tích có đường kính D hình vẽ ( hình 4.1)  Áp suất lực siết ban đầu Pbd gujong sinh phân bố đường trịn đường kính L hình 4.1 , có điểm đặt trung  Điểm đường nối tâm hai lỗ gujong (hình 4.1) có giá trị Pbd /  Lực khí thể tập trung trọng tâm nửa diện tích hình trịn đường kính Df ( cách x-x khoảng y  Df có giá trị y  Pf hình 4.1)  4.1.3 Tính momen uốn sinh nắp xylanh  Khi động không làm việc ( Pz  ) nắp xylanh chịu momen sau Mu  Pbd L D f (  ) 2   Khi động làm việc ( Pz  ) nắp xylanh chịu momen uốn sau Pbd L Pf D f Pz D f Mu    2  4.1.4 Tính ứng suất sinh nắp xylanh  Ứng suất uốn nắp xylanh theo trục x-x u  Mu Wu  Với Wu momen chống uốn mặt cắt ngang việc xác định Wu khó xác Mặt phẳng trọng tâm tiết diện thường thấp mặt phẳng trung tâm Vì ứng suất mặt nóng mặt nguội nắp xylanh khác dấu mà khác trị số  Ứng suất kéo mặt nguội k  M u M u l1  Wu1 J1  Ứng suất nén mặt nóng k  - M u M u l2  Wu J1 Với J1 - momen qn tính tiết diện tính tốn trục i-i qua trọng tâm tiết diện ( Hình 4.2) 14 Hình 4.2 Mặt cắt tiết diện nắp máy - l1 l2 - khoảng cách xa lớp kim loại mặt nguội mặt nóng      trục i-i ( Hình 4.2) Trị số ứng suất cho phép loại nằm phạm vi sau Đối với nắp xylanh gang  k  50MN / m2 Đối với nắp xyalnh thép  k  80MN / m2 Đối với nắp xylanh hợp kim nhôm  k  35MN / m2 Ứng suất nhiệt mặt nóng xác định theo cơng thức sau : t   E  tn  tl  2(1   ) , MN / m2 Trong :  tn  tl  nhiệt độ chênh lệch phía tiếp xúc với khí cháy phía tiếp xúc với nước làm mát mặt nóng  Ứng suất tổng :   k t , MN / m  Trị số ứng suất tổng nằm phạm vi sau :  Đối với nắp xyalanh gang :     150MN / m  Đối với nắp xylanh thép :     250MN / m  Đối với nắp xylanh hợp kim nhôm :     135MN / m2 4.2 Tính toán các yế u tố sức bề n liên quan đế n thân máy 4.2.1 Xác định chiều dày xylanh lót xy lanh Giả thiết đặt ra:  Khi làm việc lót xylanh khơng xoay giản nở tự theo chiều dọc trục  Đường tâm lót xylanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu  Khi siết bulong gujong lót xylanh khơng bị biến dạng  Đồng vật liệu  Áp suất khí thể phân bố Điều kiện biên:  Mặt liên kết khối xylanh , đầu tiếp xúc với nắp xylanh, đầu lại để tự 15  Trong trình động hoạt động , hộp trục khuỷu chịu tải trọng nhiệt chuyển vị theo phương Y xem khơng đáng kể  Do tính đối xứng nên chuyển vị theo phương X điểm trục đối xứng thuộc nắp xylanh Hình 4.3 Mơ hình tính tốn thành xylanh ướt  Mục đích việc xác định chiều dày xylanh , lót xylanh để đảm bảo xylanh chịu lực áp suất khí thể đủ lớn, nhằm tăng tuổi thọ động độ bền lót xylanh xylanh  Đối với loại xylanh ướt , thành xylanh tương đối dày nên tính coi áp suất áp suất phân bố Xác định chiều dày xylanh cần tính tốn ứng suất kéo mặt trong, mặt , lúc xét đến trạng thái nhiệt không xét đến trạng thái nhiệt để đảm bảo phải thỏa mãn ứng suất cho phép Tính tốn: Đối với lót xylanh khơ: k  - pz D  [ k ]  MN / m2  2 Trong đó: D – đường kính xylanh (m) pz - áp suất lớn trình cháy  MN / m   - chiều dày thành xylanh (m) 4.2.2 Tính sức bền vai lót xylanh  Thông số đầu vào : chịu lực nén ,lực ngang Nmax , lực kéo , lực cắt momen uốn 16  Thông số đầu : Độ bền vai lót chủ yếu lực kéo , lực cắt , lực uốn dời lực Pg Tính tốn: PH  [ k ]  MN / m2   D.a P Ứng suất cắt:  c  T  [ c ]  MN / m2   D.a M Ứng suất uốn:  u  u  [ u ]  MN / m  Wu P Ứng suất nén:  n  g  [ n ]  MN / m2   D.a  Ứng suất kéo:  k     Trong đó: P lực D đường kính tính tốn a chiều rộng chiều cao Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn sức bền lót xylanh 4.2.3 Tính sức bền mặt bích lắp xylanh Chủ yếu tính tốn ứng suất kéo tiết diện ngang xylanh chịu tác dụng lực khí thể momen uốn 4.2.4 Tính sức bền bulong lắp ghép xylanh thân máy với hộp trục khuỷu  Các bulong chịu lực khí thể nên cần tính tốn ứng suất kéo bulong, để đảm bảo siết bulong phải chặt để không bị hở  Ứng suất kéo cho phép bulong hải thỏa mãn điều kiện bền: k  k (p z F  G )  [ k ]  MN / m2  i.f Trong : k – hệ số siết chặt bulong G – trọng lượng thân máy nắp xylanh i – số bulong gujong 17 F – diện tích đỉnh pittong f – diện tích tiết diện bé phần ren bulong gujong 4.2.5 Tính tốn bền gujong chịu lực Gujong chịu lực sau: Lực siết ban đầu Pbd Lực khí thể Px Lực kéo Pt  Tính tốn sức bền gujong chịu lực nhằm xác định lực siết ban đầu , xác định hợp lực tác dụng lên gujong lực khí thề lớn ; xác định hệ số an toàn gujong chịu lực  Khi siết gujong chịu lực , gujong bị giãn dài đồng thời chi tiết máy bị ép nén ngắn lại nên cần tính độ giãn dài gujong  Do biến dạng nhiệt khác nên gujong chịu thêm lực Pt biến dạng nhiệt gây ra., lực làm tăng khả kín khít mặc lắp ghép , lực Pt lớn khó lọt khí  Trong lực tác dụng , lực siết ban đầu có vai trị quan trọng lực định trực tiếp đến độ hở mối lắp ghép Vì lực siết ban đầu phải cao để đề phòng gujong tự nới lỏng trình làm việc rung động , gioăng nắp xy lanh biến cứng tính đàn hồi động làm việc tải làm cho gujong chịu lực bị biến dạng dẻo THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CỦA THÂN MÁY NẮP MÁY  Thiết kế công nghệ thân máy nắp máy q trình đưa các cơng đoa ̣n sản xuấ t, kèm với đó là trang thiế t bi ̣máy móc, trình đô ̣ nhân công lao đô ̣ng cầ n cho quá triǹ h sản xuấ t nên nắp thân máy  Nế u không có khả chế ta ̣o (do ̣n chế về công nghê ̣ đúc gia công ) ta phải tính đến phương án sử dụng chi tiết có các đô ̣ng khác  Đưa các bước kiể m tra sản phẩ m với dụng cụ kiểm tra đưa yêu cầu chuyên môn người kiểm tra  Thiết kế cơng nghệ bước quan trọng, chi phí đầu tư cho máy móc, vật liệu, công nghệ tốn dẫn đến chọn phương án mua (nếu sản phẩm đủ yêu cầu độ bền, độ an toàn, cứng vững… ) để đảm bảo chi phí sản suất hợp lý đến người tiêu dùng THIẾT KẾ KINH TẾ THÂN MÁY NẮP MÁY  Phải đưa tất hạng mục trình hình thành nên sản phẩm Khi thiết kế cần tính đến chi phí sau:  Chi phí dự án  Chi phí sản xuất ( nhà xưởng, điện , nước, máy móc, nhân cơng, ngun vật liệu)  Chi phí phân phối, chi phí cho máy điều hành  Ngồi phải ý đến thuế, đến luật pháp ( quyền sản phẩm) 18 TÀ I LIỆU THAM KHẢO Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, kết cấu tính tốn động đốt (tập 2), Nhà xuất giáo dục, 1996 19