Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU ................................. ................................. .................................5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI................................. 6 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài ................................. ............................................6 1.2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ đốt trong. ......................6 1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. ...........6 1.2.1.1. Nhiệm vụ ................................. ................................. ................................6 1.2.1.2. Điều kiện làm việc................................. ................................. ..................... 6 1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền....................................7 1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên ................................. ..............................7 1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép ................................. .........................................10 1.2.2.3 Kết cấu trục khuỷu chữ V ................................. .........................................11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ..........................................12 2.1. Thông số động cơ ban đầu ................................. .........................................12 2.1.1. Bảng thông số ban đầu................................. .................................................12 2.1.2. Các thông số cần chọn ................................. ................................. ...............12 2.2. Tính toán các quá trình công tác ................................. ....................................14 2.2.1. Tính toán quá trình nạp ................................. ................................................14 2.2.2. Tính toán quá trình nén ................................. .................................................16 2.2.3. Tính toán quá trình cháy : ................................. .............................................17 2.2.4. Tính toán quá trình giãn nở ................................. ..........................................19 2.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác................................. ......................20 2.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công................................. ............................................. 22 2.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén ............................................ 22 2.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở .....................................23 2.3.3. Chọn tỷ lệ xích và các điểm đặc biệt .. ............................................,...............24 2.3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công...................................................25 2.3.5. Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị ........................................................25 2.4. Tính toán động học và động lực học..................................................................29 2.4.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.................................................... 29 2.4.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).................................................30 2.4.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x) ...........................................31 2.4.2. Tính toán động học : ................................. ......................................................33 2.4.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến : ........................................................33 2.4.2.2. Các khối lượng chuyển động quay : ................................. ......................34 2.4.2.3. Lực quán tính : ................................. ................................. .....................34 2.4.2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính : ................................. ......................35 2.4.2.5. Đường biểu diễn v = ƒ(x) ................................. .............................................37 2.4.2.6. Khai triển đồ thị công P–V thành p kt =ƒ(α) .............................................38 2.4.2.7. Khai triển đồ thị P j = ƒ(x) thành P j = ƒ(α) .............................................38 2.4.2.8. Vẽ đồ thị P Σ = ƒ(α). ................................. ............................................38 2.4.2.9. Xây dựng đồ thị T, Z theo α ................................. .................................39 2.5 Thông số ban đầu, thông số đã chọn................................. ................................ 44 2.5.1. Các thông số đã chọn ................................. ............................................. 2.6 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu ................................. ......................51. 2.6.1 Trường hợp chịu lực PZmax ................................. .............................................53 2.6.2 Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (Tmax) ........................................... 55 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG NHÓM PISTON BẰNG PHẦN MỀM CATIA .....................................................................................................62 3.1 Ứng dụng catia................................. ................................. .................................62 3.2 Chức năng của từng module ................................. .............................................62 3.2.1. Các lệnh trong các module................................. ............................................66 3.2.1.2 Giao diện shape ( Thiết kế tạo hình bề mặt ) ............................................. 88 3.2.1.5 Module Machining Simulation.................................................................... 91 3.3 Thiết kế 3D nhóm Trục khuỷu động cơ YC6108 ZLQB.................................92 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Giá trị quá trình nén và quá trình giãn nở .....................................25 Bảng 2.2: Các thông số tính nhiệt ...................................................................46 Bảng 2.3: Các thông số tính toán ....................................................................48 Bảng 2.4: Các thông số tính toán ....................................................................52 Bảng 2.5: Tìm khuỷu nguy hiểm ....................................................................57 Bảng 2.6: Bảng xét dấu cảu ứng suất trên má khuỷu ......................................61 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Cùng với việc phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật với mức độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã giúp cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hoàn thiện và tối ưu. Đối với chuyên ngành cơ khí thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy. Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài “Ứng dụng phần mềm Catia để thiết kế nhóm trục khuỷu trên động cơ YC6108ZLQB”. Đây là một đề tài mới đối với sinh viên ngành động lực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế thiết kế. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Hà Trung các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt Nam việc tìm kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Bùi Hà Trung cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2022. Sinh viên thực hiện Phan Văn Quyền CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế. Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiều thời gian. Trong các công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm hỗ trợ thực sự có vai trò đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực tế. Phần mềm: “Catia thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy” là một trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy. Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm mới chưa được ứng dụng phổ biến đối với sinh viên và kỹ sư của chúng ta. Vì vậy em chọn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Em đã thực hiện việc nghiên cứu học tập từ lý thuyết đến thực hành để sử dụng phần mềm Catia trong thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy. Em hy vọng đề tài này sẽ mang đến cách nhìn tổng quan về thiết kế và mô phỏng chi tiết, cơ cấu máy trong Catia. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn các tính năng mà phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư có cách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3D một cách chính xác và trung thực. 1.2. Tổng quan cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ đốt trong. 1.2.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. 1.2.1.1. Nhiệm vụ Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài. 1.2.1.2. Điều kiện làm việc Trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau: Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng: + Trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính. Các lực này có trị số rất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh. + Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động mất cân bằng. + Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu. Đối với thanh truyền: Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính (P). Ngoài ra do thanh truyền chuyển động song phẳng nên nó cũng chịu lực quán tính tác dụng trên trọng tâm thanh truyền. Các lực này thường làm cho thanh truyền bị cong và bị xoắn. Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt. Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn. + Tải trọng cơ học: trong quá trình cháy, khí hổn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớn trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy lực khí thể có tính chất va đập + Tải trọng nhiệt: trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao. Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất là nhiệt độ phần đỉnh Piston củng rất cao. + Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xi lanh, ma sát càng lớn do biến dạng của Piston. Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sản vật cháy ăn mòn. 1.2.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 1.2.2.1 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má,cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu. Hình 1.1 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước,bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khỏi động động cơ bằng tay quay. Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu bộ dao động xoắn có tác dụng thu năng lương sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắc dao động tắt dao động gây ra bỡi mô men. Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất. Cổ trục : các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính. (Đường kính cổ trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ). Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền va ìkhả năng chiu lực của cổ trục được đồng đều hơn. Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu mặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắn của trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi. Hình 1.2 Kết cấu khuỷu trục Chốt khuỷu: có thể lấy đường kính của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng khả năng khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu. Như vậy kính thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theo tần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép. Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoã mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, và trục khuỷu có độ cúng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷu phải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu. Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng , má khuỷu có nhiều dạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dạng má hình ô van có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, má khuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác má tròn dễ gia công. Đối trọng lắp trên khuỷu có hai tác dụng: + Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến như động cơ chữ V +Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xi lanh vì ở động cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trên được cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mô men gây ra. Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng. Hình 1.3 Kết cấu các dạng má khuỷu Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác. Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà. Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộ phận đặc biệt: +Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài loại động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi trục khuỷu phải có mặt bích để lắp bánh răng. +Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te. Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xi lanh kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việc đồng đều biên độ dao động và mô men xoắn tương đối nhỏ. Động cơ làm việc cân bằng ít rung động. Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. Công nghệ chế tạo giá thành rẻ. Kích thức của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh, chiều dày của lót xi lanh và phương pháp làm mát. Đối với động cơ hai kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải. Hình 1.4 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên 1.2.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận. Cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, trục khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớn động cơ tàu thuỷ động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để để giảm hiện tượng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu . Hình 1.5 Kết cấu trục khuỷu ghép 1.2.2.3. Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động cơ. Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kết cần kích thước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu.Thường dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezen công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ. Hình 1.6 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ 1.2.2.4 Kết cấu trục khuỷu chữ V Loại trục khuỷu này thường dùng trong động cơ có hai hàng xi lanh góc lệch hai khuỷu kết tiếp 900 Trục khuỷu chữ V thường dùng trong động cơ có công suất cỡ trung bình và lớn, kết cấu phức tạp khó chế tạo, giá thành cao. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Thông số động cơ ban đầu 2.1.1. Bảng thông số ban đầu TT Tên thông số Ký hiệu Gía trị Đơn vị Ghi chú 1 Kiểu động cơ YC6108ZLQB Động cơ diesel không tăng áp 2 Số kì 4 kỳ
Untitled