Đồ án môn học thiết kế tính toán ô tô đề tài tính toán kiểm nghiệm bền piston

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ TÍNH TỐN Ơ TƠ CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT ƠTƠ ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Năng Minh Sinh viên thực : Bùi Thành Trung Mã sinh viên : 10619250 Lớp : 106193 Hưng Yên – Năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Hưng yên, ngày…… tháng…… năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Năng Minh Trang1 1.1 Piston 1.1.1 Nhiệm vụ: 1.1.2 Điều kiện làm việc 1.1.3 Vật liệu chế tạo piston .4 1.1.4 Kết cấu pitston 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 11 1.3.1 Nhiệm vụ 11 1.3.2.Điều kiện làm việc xéc măng 11 1.3.3.Vật liệu công nghệ chế tạo phôi xécmăng 11 1.3.4.Kết cấu xécmăng .11 PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT 2.1 Thông số ban đầu, thông số chọn piston .14 2.1.1 Các thông số ban đầu 14 2.1.2 Xác định kích thước piston ,chốt piston xéc măng 16 2.1.3 Các thông số chọn piston, chốt xéc măng 19 3.1 Tính toán kiểm tra bền cho piston .20 3.1.1 Tính sức bền đỉnh piston 20 3.1.2 Tính sức bền đầu piston 22 3.1.3 Tính sức bền thân piston 24 3.1.4 Tính sức bền bệ chốt piston .25 3.1.5 Tính khe hở piston xylanh 25 PHẦN KẾT TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang2 LỜI NĨI ĐẦU Ơtơ phương tiện phục vụ hiệu cho trình cơng nghiệp hố, đại hố, 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 Ơ tơ 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 Nguyễn Năng Minh giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, Ngày Tháng Sinh viên Bùi Thành Trung Trang3 Năm 2022 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 – 2800oK) 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 bơi trơn khó khăn, thơng thường vung té nên khó bảo đảm bơi trơn hồn hảo Mặt khác thường xun 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 Trang4 - 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 Ở nhiệt độ cao sức bền piston giảm nhiều Ví dụ nhiệt độ tăng từ288𝑜𝐾 lên 623𝑜𝐾 sức bền hợp kim nhôm giảm 65% đến 70 % sức bền gang giảm 18% đến 20% Mặt khác piston làm hợp kim nhơm chịu mịn 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 Trang5 Hình 2: Các dạng đỉnh piston 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 q 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 Trang6 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 bơi 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 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 Trang7 - 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 mòn 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 Hình 1.4: Trạng thái biến dạng chốt piston -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 900 -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 Trang8 PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CẦN THIẾT 2.1 Thơng số ban đầu, thông số chọn piston 2.1.1 Các thông số ban đầu Bảng2.1: Bảng thông số ban đầu Loại động Diesel, không tăng áp Kiểu động hàng Công suất động Ne= kW Số vòng quay Suất tiêu hao nhiên liệu Số kỳ N = 3200 ge = 175 𝜏= Đơn vị kW vòng / phút g/kW.h 04 mm Đường kính xi lanh D= 85 mm Hành trình piston S= 90 mm Tỷ số nén ε= Số xi lanh 17,3 i = 06(1-5-3-6-2-4) Chiều dài truyền Ltt= Khối lượng nhóm piston mnp = Khối lượng truyền Mtt Trang14 14 148 mm mm 0,95 kg kg = 1,15 kg kg Áp suất khí thể lớn p= f(α) Mpa - với α góc quay trục khuỷu p= 9,5651 Mpa (Chú thích : áp suất khí thể lớn lập trình phần mềm kết để phần phụ lục trang 25-28 ) Bảng 2.2 : Bảng thơng số ban đầu tính tốn Số thứ tự Thơng số ban đầu Cơng thức tính tốn Áp suất khí thể Kết P = 9.5651MPa 9.5651 ( MN/𝑚2) P = 9.5651 (MN/𝑚2) Đường kính piston D = 85 (mm ) 0,085 (m) D = 0,085 (m) Thông số kết cấu Cấp xác λ = R/ L = 45/148 λ = 0,304 0,304 1/1000 Bảng2.3 : Bảng kích thước piston , chốt piston xéc măng Theo bảng 1-1 trang 1-1 tính tốn động đốt Thông số Động diesel (ôtô , máy kéo ) Chiều dày đỉnh piston 𝛿 không làm mát đỉnh (0,1 ÷ 0,2 ) D Khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng thứ (1,0 ÷ 2,0 )𝛿 Trang15 15 Chiều dày s phần đầu (0,05 ÷ 0,1 )D 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 d cp Đường kính chốt piston ( 0,3 ÷0,45 )D db Đường kính bệ chốt Đường kính lỗ chốt ( 1,3 ÷ 1,6 )dcp (0,6 ÷ 0,8 ) dcp Chiều dày phần thân 𝑠1 ( ÷ ) mm Số xéc măng khí ÷4 Chiều dày hướng kính t xéc măng khí ( 1/22 ÷ 1/26 )D Chiều cao a xéc măng khí (2,2 ÷ ) mm Số xéc măng dầu ÷3 Chiều dày bờ rãnh xéc măng 𝑎1 ≥ a Chiều cao xéc măng dầu a 𝑎2 ≥ a Vị trí chốt piston đến chân piston h = H – (H − ℎ ) (Tham khảo bảng 12 trang 51 : Sách kết cấu tính tốn động đốt ) 2.1.2 Xác định kích thước piston ,chốt piston xéc măng - Xác định chiều dày đỉnh piston ( δ) Chiều dày đỉnh piston δ khơng làm mát đỉnh δ = (0,1 ÷ 0,2) D Với D đường kính xy lanh ; D =85 ( mm ) δ = (8,5 ÷ 17) 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 S= (0,05 ÷ 0,1) D Với D=85 ta có S = (4,25 ÷ 8,25) - Chọn S =8 ( mm ) Xác định chiều cao H piston (động bốn kỳ ) Chiều cao H piston xác định : H Trang16 16 H= (1,0 ÷ 1,6) D Ta có H = (85 ÷ 136).Chọn H = 135 ( 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 = 60 ( mm ) → h = H − 59 = 135-59 = 75 ( mm ) - Xác định đường kính chốt piston 𝑑𝑐𝑝 𝑑𝑐𝑝= (0,3 ÷ 0,45) D - Ta có 𝑑𝑐𝑝= (25,5 ÷ 38,25) ta chọn 𝑑𝑐𝑝 = 35 (mm) Xác định đường kính lỗ chốt piston 𝑑0 Đường kính lỗ chốt piston 𝑑0 xác định theo công thức - 𝑑0=( 0,6 ÷ 0,8 ) 𝑑𝑐𝑝 Ta có 𝑑0 = ( 21 ÷ 28 ) ta chọn 𝑑0= 25( mm ) Xác định đường kính bệ chốt 𝑑𝑏 Đường kính bệ chốt 𝑑𝑏 xác định 𝑑𝑏 = ( 1,3 ÷ 1,6 ) 𝑑𝑐𝑝 Ta có 𝑑𝑏= ( 45,5 ÷ 56 ) Chọn - 𝑑𝑏= 47 ( mm ) Xác định chiều dày thân 𝑆1 𝑆1=( ÷ ) ( mm ) Ta chọn 𝑆1= ( 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 = ( 3,86 ÷ 3,27 ) ta chọn t = 3,5 ( mm ) Trang17 17 - 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 𝑎1 Chiều dày bờ rãnh xéc măng 𝑎1 𝑎1≥ a → 𝑎1≥ ( mm ) Ta chọn 𝑎1= ( mm ) Chiều cao xéc măng dầu 𝑎2 𝑎2 > a Ta chọn 𝑎2 = (mm) - Chiều dài chốt piston lcp: lcp=(0,8÷0,9)D =(0,8÷0,9)85=68÷76,5 (mm) Chọn chiều dài chốt piston lcp=69 (mm) - Chiều dài đầu nhỏ truyền lđ: lđ=(0,33÷0,45)D =(0,33÷0,45)85=28,05÷38,25 (mm) Chọn chiều dài đầu nhỏ truyền lđ=29 (mm) 2.1.3 Các thông số chọn piston, chốt xéc măng Bảng2.4 : Bảng kết tính tốn piston , chốt piston xéc măng Trang18 18 Stt Các thông số chọn Kết Đơn vị Chiều dầy đỉnh piston δ = 10 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 = 135 mm Vị trí chốt piston đến chân pittơng h = 60 mm Đường kính chốt piston 𝑑𝑐ℎ= 35 mm 𝑑0= 25 mm 𝑑𝑏= 47 mm 𝑆1 = mm Đường kính lỗ chốt Đường kính bệ chốt Chiều dày phần thân 10 Số xéc măng khí 11 Số xéc măng dầu 12 Chiều dày đướng kính t xéc măng khí t = 3,5 mm 13 Chiều cao xéc măng khí a=3 mm 14 Chiều dày bề rãnh xéc măng khí 𝑎1= mm 15 Chiều cao xéc măng dầu 𝑎2 = mm Trang19 19 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 𝛿đồng đặt tự gối đỡ hình trụ - Coi áp suất khí thể 𝑝𝑧 phân bố - Tính lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston Sơ đồ tính tốn lực hình 3.1 Áp dụng cơng thức : 𝑃𝑧 = 𝑝𝑧 𝐹𝑝 Trong đó: -𝐹𝑝 diện tích đỉnh piston tính theo cơng thức: 𝐹𝑝 = π.D (𝑚2) Với D đường kính đỉnh piston , D = 85 (mm) = 0,085 (m) Trang20 20 𝑝𝑧 áp suất khí thể Ta có : P = 9.5651MPa 𝑃𝑧 = 9,5651 = 54,24.10 Hình 3.2 : Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston - Trên nửa đỉnh piston có lực sau tác dụng: Pz - Lực khí thể Lực tác dụng lên trọng tâm nửa hình trịn cách trục x-x đoạn 𝑦1 𝑦1= - D 2.0.085 = =18,04.10−3 (m) π 3.3,14 Pz Phản lực lực khí thể phân bố nửa đường trịn đường kính 𝐷𝑖, đặt lên trọng tâm nửa đường tròn cách truc x-x đoạn 𝑦2 D π 𝑦2= = 0,085 =27,07 10−3 (m) 3,14 Trang21 21 Pz Pz D Do mơ men uốn đỉnh 𝑀𝑢: 𝑀𝑢 = (𝑦2 − 𝑦1) = - π ) ¿ ¿ −3 54,24 10 (27,07 10−3 −¿18,04.10−3 ¿ = 244,8.10−6 (𝑀𝑁 𝑚) Mô đun chống uốn 𝑊𝑢 tiết diện x-x: 𝑊𝑢 = D δ 0.085 (0,01) = 1,42.10−6 (𝑚3) = 6 Do ứng suất uốn đỉnh piston: 𝜎𝑢 = M u 244,8.10−6 = = = 172,39 (𝑀𝑁/𝑚2) W u 1,42.10−6 Chọn vật liệu làm piston hợp kim nhơm, đỉnh có gân tăng bền nên ta có [𝜎𝑢] = 25 ÷ 190 (𝑀𝑁/𝑚2) Nhận xét thấy 𝜎𝑢 < [𝜎𝑢] 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 𝑚𝐼−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 khơng ta cần phải xác định ứng suất kéo ứng suất nén tiết diện I-I Trang22 22 a Ứng suất kéo 𝜎𝑘: Áp dụng công thức : PJ m j = I− I max F I−I F I−I Trong đó: +𝑚𝐼−𝐼 khối lượng phía tiết diện I-I (kg) +𝑗𝑚𝑎𝑥là gia tốc lớn piston (𝑚/𝑠2) +𝐹𝐼−𝐼 diện tích tiết diện I-I - (𝑚2) Theo kinh nghiệm 𝑚𝐼−𝐼 thường (0,4÷ 0,6 ) mnp 𝑚𝐼−𝐼 = (0,4÷ 0,6 ).0,95 = 0,38 ÷ 0,57 Chọn 𝑚𝐼−𝐼 = 0,45 𝑑1 = 𝐷 − 2𝑡 = 0,085 − 2.0,0035 = 0,078 (𝑚) 𝑑2 = 𝑑1 − 2𝑆 = 0,078 − 2.0,008 = 0,062 (𝑚) Tính diện tích𝐹𝐼−𝐼của tiết diện I-I Áp dụng công thức : 𝐹𝐼−𝐼 = - π 3,14 (𝑑 − 𝑑22) = (0,0782 − 0,0622) = 1,759.10−3 (𝑚2) 4 Tính gia tốc lớn piston Áp dụng công thức : 𝐽 = 𝑅𝜔2 (𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 𝜆 𝑐𝑜𝑠 𝛼) Trong đó: -𝜆 thơng số kết cấu, λ = 0,304 -R bán kính quay trục khuỷu (mm), R =45 (mm) - 𝜔 vận tốc góc piston (rad/s) xác định theo công thức : 𝜔= ⇒𝜔= πN 60 2.3,14 3200 = 334,93 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) 60 Từ biểu thức tính gia tốc 𝐽 ta nhận thấy 𝐽 đạt giá trị cực đại 𝛼 = ⇒ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 = Khi ta có: 𝐽𝑚𝑎𝑥 = 𝑅 𝜔2(1 + 𝜆) 𝐽𝑚𝑎𝑥 = 45 10−3 334,932 (1 + 0,304 ) = 6582,62 (m/𝑠2) ⇒ 𝜎𝑘 = mI− I j max F I− I = 0,45.6582,62 = 1684013,076 => 1,684 1,759.10−3 Trang23 23 (𝑀𝑁/𝑚2) Nhận xét thấy 𝜎𝑘 = 1,684(𝑀𝑁/𝑚2) < [𝜎𝑘] = 10(𝑀𝑁/𝑚2) ⇒ đầu piston thỏa mãn sức bền kéo - Ứng suất nén: Ứng suất nén tiết diện I-I xác định theo công thức: 𝜎𝑛 = Pz F I−I Thay số ta P z 54,24.10−3 𝜎𝑛 = = = 30,83 (𝑀𝑁/𝑚2) F I−I 1,759.10−3 Đối với piston làm hợp kim nhơm ta có 𝜎𝑛 = 30,852(𝑀𝑁/𝑚2) ⇒ 𝜎𝑛 < [𝜎𝑛] = 60(𝑀𝑁/𝑚2) 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 : 𝐾𝑡ℎ = N max D Lth Trong đó: - 𝐾𝑡ℎ áp suất tác dụng lên vách xylanh - 𝑙𝑡ℎlà chiều dài thân piston 𝑙𝑡ℎ = 𝐻 − (𝐶 + 3𝑎 + 3𝑎1 + 𝑎2) ⇒ 𝑙𝑡ℎ = 0,135 − (0,011 + 3.0,003 + 3.0,003 + 0,004) = 0,102 (𝑚) - 𝑁𝑚𝑎𝑥là lực ngang cực đại tính theo cơng thức kinh nghiệm ( Động diesel ) : 𝑁𝑚𝑎𝑥 =( 0,8 ÷ 1,3 ) P Σ F b Trong : - P Σ : áp suất cực đại tính theo atm P Σ=( Pkt + P j ) 9,81 𝑃𝑘𝑡 lực khí thể 𝑃𝑘𝑡=Pz = 54,24.10−3 (MN) 𝑝𝑗=(m1+mnp)j m1 khối lượng truyền quy dẫn đầu nhỏ m1= 0,275.mtt= 0,275 1,15 = 0,316 (kg) mnp = 0,95 (kg) Vậy Do 𝑝𝑗=(0,316 + 0,95) 6582,62 = 8333,59 (N) 𝑃Σ = (54,24.10−3 + 8333,59 10−6).9,81 = 0,613 (atm) Trang24 24 b F= 2 π D 3,14 0,085 −3 = =5,671.10 4 𝑁𝑚𝑎𝑥 = (0,8 ÷ 1,3 ) 𝑃∑ 𝐹𝑏= (0,8 ÷ 1,3 ).0,613.5,671 10−3 = (0,002÷ 0,004) Chọn 𝑁𝑚𝑎𝑥 = 0,0021 K th = 0,0021 =0,242 0,085.0,102 (MN) (MN/m2) Nhận xét thấy 𝐾𝑡ℎ