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 tốn 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 q trình cơng nghiệp hoá, đại hoá, thúc đẩy phát triển kinh tế Ngành cơng nghiệp Ơ tơ, cịn 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 Ô tơ nước ta mà khơng cần nhập Sau học xong mơn ‘Tính tốn thiết kế ôtô’ em khoa giao cho đề tài: “Tính toán 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 tô nước ta để tiến tới sản xuất việc tính tốn thiết kế cụm chi tiết ôtô phải yêu cầu xây dựng từ bước Quá 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 : MƠ TẢ KHÁI QT CHUNG VỀ NHĨM 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/cm - 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 hoàn 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 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 623Ởnhiệt độ cao sức bền piston giảm nhiều Ví dụ nhiệt độ tăng từ288 lên sức bền hợp kim nhôm giảm 65% đến 70 % sức bền gang giảm 18% đến 20% Mặt khác piston làm hợp kim nhôm 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, khơng 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 cơng 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 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 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 t o Xác n Ta có - đ Ta có Đường kính lỗ chốt piston ợ Xác c x Đường kính bệ chốt c Ta có đ - Xác định chiều dày thân ị ÷ ) ( mm ) Ta chọn = ( mm ) n h - Xác định số xéc măng khí Số xéc măng khí có từ ÷ Ta chọn số xéc măng khí : H Trang16 16 - Chiều dày hướng kính t xéc măng khí cơng thức Ta có H - Xác định chiều dày hướng kính t xéc măng khí Xác định vị trí chốt piston ( đến chân piston ) H-h t = ( 1/22 ÷ 1/26 ) D Ta có t = ( 3,86 ÷ 3,27 ) ta Vị trí chốt chọn pistont =( đến ) 3,5 (chân mmpiston ) Ta có H-h = (45 ÷ 108) ta chon H-h = 60 ( mm ) →h=H - Xác định đường kính chốt piston Tran g17 17 Xác định chiều cao a xéc măng khí - Chiều cao a xéc măng khí xác định công thức a = ( 2,2 ÷ ) ( mm ) Ta chọn a = ( mm ) - Xác định số xéc măng dầu xác định Số xéc măng dầu có từ ( ÷ ) T - Xá C Ta ch ọn C > a Ta chọn = (mm) - Chiều dài chốt piston lcp: Chọn ÷ =(0,8 cp l ÷ =(0,8 0,9)85=68 76,5 (mm) chiều dài chốt piston - Chiều dài đầu nhỏ truyền lđ: Chọn =(0,33 chiều dài đầu nhỏ tr 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 Chiều dầy đỉnh piston Khoảng cách C từ đỉnh piston đến xéc măng khí Chiều dầy phần đầu Chiều cao H piston Vị trí chốt piston đến chân pittơng Đường kính chốt piston Đường kính lỗ chốt 10 11 12 Đường kính bệ chốt Chiều dày phần thân Số xéc măng khí Số xéc măng dầu Chiều dày đướng 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 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 - - Coi áp suất khí thể phân bố Tính lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston Sơ đồ tính tốn lực hình 3.1 Áp dụng cơng thức : Trong đó: Với D đường kính đỉnh piston , D = 85 (mm) = 0,085 (m) Trang20 20 áp suất khí thể P = 9.5651MPa = 9,56 51 Ta có : = 54,24.10 Hình 3.2 : Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston - Trên nửa đỉnh piston có lực sau tác dụng: - Lực khí thể đoạn P z - Phản lực lực khí thể phân bố nửa đường trịn đường kính , đặt lên trọng tâm nửa đường tròn c c h t r u c x x m ộ t Mô đun chống uốn của2 đ o n Do ứng suất uốn đỉnh piston: = D Nhận xét thấy Chọn vật liệu làm piston hợp kim nhơm, đỉnh có gân tăng bền nên t π = , , = , 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 − phía chịu nén lực khí thể q trình cháy, giãn nở Vì vậy, để kiểm tra xem − ( m ) đầu piston có đảm bảo bền hay không ta cần phải xác định Trang21 21 Do mơ men uốn đỉnh : ứng suất kéo ứng suất nén tiết diện I-I Trang22 22 a Ứng suất kéo : Áp dụng công thức : Trong đó: + − khối + = (0,4 − ÷ 0,6 − Theo kinh nghiệm =− = 0,085 − 2.0,0035 = 0,078 Chọn Tính diện tích − tiết diện ( ) thức : dụng công − - Tính gia tốc lớn nhất= của.( = piston + Áp dụng2 )cơng thức : Trongđó:-làthơngsốkếtcấu, λ = 0,304 -R bán kính quay trục khuỷu (mm), R =4 - Khi ta có: Từ biểu thức tính gia tốc = 2(1 + ) = 10− 334,932 (1 + 0,304 ) = 658 2,62 ⇒ = FI−I m I− I jmax Trang23 23 Nhận xét thấy = 1,684( bền kéo / ) < [ ] = 10( - / ) ⇒ đầu piston thỏa mãn sức Ứng suất nén: Thay số ta Ứng suất nén tiết diện I-I xác định theo công thức: = Đối60( / vớipiston) làm hợp kim nhơm ta có = 30,852( FI−I / )⇒