BÀI tập lớn TÍNH TOÁN kết cấu ĐỘNG cơ đốt TRONG CHI TIẾT TRỤC KHUỶU TRONG hệ THỐNG PHÁT lực ĐỘNG cơ 1NZ FE TOYOTA VIOS 2007

Nhóm thanh truyền

Thanh truyền là một chi tiết trung gian quan trọng trong động cơ, với đầu nhỏ gắn liền với piston và đầu lớn kết nối với chốt khuỷu Nhiệm vụ chính của thanh truyền là truyền lực từ piston đến trục khuỷu, giúp chuyển đổi năng lượng từ quá trình đốt cháy thành chuyển động cơ học.

Thanh truyền hoạt động trong điều kiện làm việc phức tạp, với đầu nhỏ di chuyển tịnh tiến cùng piston, thân thanh truyền chuyển động lắc, và đầu to quay cùng trục khuỷu Do đó, thanh truyền phải chịu lực va đập tuần hoàn từ lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và chính lực tác động lên thanh truyền.

- Yêu cầu: Lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý để thanh truyền chịu được các lực va đập tuần hoàn như trên.

- Phân loại: Theo tiết diện thân thanh truyền.

 Tiết diện hình chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất phổ biến từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn.

 Tiết diện hình chữ nhật, ô van: có ưu điểm là dễ chế tạo, thường dùng ở động cơ mô – tô, xuồng máy cỡ nhỏ.

Trục khuỷu

Nhiệm vụ chính là tiếp nhận lực tác dụng từ piston để tạo moment quay, giúp kéo các máy công tác và nhận năng lượng từ bánh đà Sau đó, lực này được truyền cho thanh truyền, cho phép piston thực hiện quá trình nén và trao đổi khí trong xylanh.

Trục khuỷu chịu lực T và Z do tác động của lực khí thể và lực quán tính từ nhóm piston – thanh truyền Bên cạnh đó, trục khuỷu còn phải đối mặt với lực quán tính ly tâm từ các khối lượng quay lệch tâm của chính nó và thanh truyền Những lực này gây ra hiện tượng uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang, ảnh hưởng đến các ổ đỡ của trục khuỷu.

- Yêu cầu: Kết cấu trục khuỷu cần đảm bảo các yêu cầu:

 Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của moment xoắn tương đối nhỏ.

 Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ.

 Động cơ làm việc cân bằng ít rung động.

 Công nghệ chế tạo đơn giản.

- Phân loại: có hai loại là trục khuỷu nguyên là trục khuỷu ghép.

Bánh đà

Nhiệm vụ chính của bánh đà là duy trì độ không đồng đều của động cơ trong giới hạn cho phép Bánh đà cũng là vị trí lắp đặt vành răng khởi động và khắc vạch chia độ cho góc quay của trục khuỷu.

Trong quá trình hoạt động, bánh đà tích trữ năng lượng dư thừa từ quá trình sinh công, khi moment chính của động cơ lớn hơn moment cản, giúp trục khuỷu quay nhanh Điều này bù đắp cho phần năng lượng hao hụt trong các hành trình tiêu hao công, khi moment cản vượt trội hơn moment chính, dẫn đến việc trục khuỷu quay đều hơn và giảm biên độ dao động của tốc độ góc trục khuỷu.

 Bánh đà dạng đĩa: là bánh đà mỏng có moment quán tính nhỏ nên chỉ dùng cho động cơ tốc độ cao.

 Bánh đà dạng vành: là bánh đà có moment quán tính lớn.

Phân tích động học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu

- Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cụm chi tiết chuyển động chính (piston, thanh truyền, trục khuỷu) làm việc theo nguyên tắc sau:

 Nhóm piston chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thể cho thanh truyền.

Nhóm thanh truyền là một bộ phận quan trọng trong động cơ, thực hiện chức năng chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Chi tiết này có cấu trúc phức tạp, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.

Trục khuỷu là một trong những thành phần quan trọng nhất của động cơ, có chức năng chuyển động quay và truyền công suất ra ngoài, giúp điều khiển các máy công tác khác.

 Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ kiểu trục khuỷu cắt đường tâm xylanh.

1.2 Động học của piston (theo phương pháp giải tích)

Giả sử trục khuỷu quay với vận tốc góc ω không đổi, thì góc quay trục khuỷu α sẽ tỷ lệ thuận với thời gian Tất cả các đại lượng động học trong hệ thống đều là các hàm phụ thuộc vào biến số α.

Chuyển vị của piston trong xylanh động cơ tính theo công thức sau: λ: Thông số kết cấu α SP1 SP2 SP=SP1+SP2

SP1 SP2SP=SP1+SP2

- Vi phân phương trình chuyển vị theo thời gian

Vì là tốc độ piston là vận tốc góc trục khuỷu α VP1 VP2 VP=VP1+VP2

Vi phân phương trình tốc độ đối với thời gian, ta có công thức tính gia tốc của piston

Từ công thức (3), cho thấy gia tốc piston là tổng hai hàm điều hòa cấp I và cấp II α JP1 JP2 JP=JP1+JP2

VP1 VP2VP=VP1+VP2

1.3 Phân tích động lực học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu 1.3.1 Sơ đồ lực và moment tác động lên cơ cấu

JP1 JP2JP=JP1+JP2

 P kt : Lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston.

 P j : Lực quán tính (văng) của khối lượng các chi tiết chuyển động thẳng.

 P Ʃ : Lực tổng cộng tác dụng lên piston.

 N: Lực ngang tác dụng lên vách xylanh, có hướng vuông góc với đường tâm.

 P tt : Lực dọc theo đường tâm thanh truyền.

 Z: Lực pháp tuyến theo hướng nối từ tâm chốt đến tâm cổ khuỷu.

 T: Lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến.

 M x : Moment xoắn của trục khuỷu.

 M L : Moment lật của động cơ

Để phân tích lực và mô-men tác động lên cơ cấu, trước tiên cần xem xét lực tác dụng lên piston, bao gồm lực khí thể trong xilanh (Pkt) và lực quán tính của chuyển động tịnh tiến (Pj).

 P 0 ≈ 0,1 (MN/m 2 ): áp suất khí quyển

 P kt : Áp suất khí thể trong xylanh, (MN/m 2 )

 F p : diện tích tiết diện của piston, (m 2 )

Lực khí thể là đại lượng biến đổi theo góc quay của trục khuỷu, được xác định bởi công thức P kt = f() Đại lượng này có thể tính toán từ áp suất khí thể pkt trong quá trình tính toán nhiệt của động cơ tại chế độ công suất cực đại.

1.3.3 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

- Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

P qt = mxJ m: khối lượng của các chi tiết chuyển động.

 J: gia tốc chuyển động của các chi tiết.

 m: khối lượng của nhóm piston

 m x : khối lượng của xéc – măng

 m c : khối lượng của chốt piston

- Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay)

 Phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính R là phần khối lượng của chốt khuỷu

 Phần khối lượng chuyển động quay với bán kính  là phần khối lượng của 2 má khuỷu m m , với  là khoảng cách từ trọng tâm má khuỷu đến tâm cổ khuỷu

Để quy dẫn khối lượng má khuỷu m m về tâm chốt khuỷu, chúng ta cần thay thế bằng khối lượng tương đương m mr Việc xác định khối lượng này được thực hiện thông qua phương trình cân bằng lực quán tính.

- Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu:

- Khối lượng của thanh truyền:

Hiện nay đối với các loại động cơ ô tô khối lượng quy về đầu nhỏ và đầu to thanh truyền xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

- Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu: m j = m p +m A

Khối lượng chuyển động quay: m r = m K + m B

1.3.4 Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến

 P jI : Lực quán tính tịnh tiến cấp I

 P jII : Lực quán tính tịnh tiến cấp II

 P j = P jI + P jII : là các hàm điều hòa với chu kỳ của P jI ứng với 1 vòng quay trục khuỷu và chu kỳ của P jII ứng với ẵ vũng quay trục khuỷu

Lực P j tác động liên tục trên đường tâm của xylanh và thay đổi hướng khi piston chuyển động Khi piston ở điểm chết trên (ĐCT), P j có giá trị âm và hướng lên trên, tương ứng với chiều ly tâm của trục khuỷu.

- Khi piston ở ĐCD, P j có dấu dương và chiều quay xuống (hướng vào tâm trục khuỷu)

1.3.5 Lực quán tính (ly tâm) của khối lượng chuyển động quay P K

1.3.6 Hệ lực tác động lên cơ cấu

Lực tác động lên đỉnh piston bao gồm hợp lực khí thể và lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến Hai lực này tác dụng trên đường tâm xylanh, do đó, lực tổng hợp của chúng có phương tác dụng theo đường tâm xylanh và có giá trị bằng tổng đại số của hai lực này.

- Lực P Ʃ được phân thành lực tác dụng dọc tâm thanh truyền P tt và lực ngang N ép lên thành xylanh, các lực này xác định bằng công thức sau:

Lực P tt sau khi được chuyển xuống tâm chốt khuỷu sẽ được phân chia thành hai thành phần chính: lực tiếp tuyến T, tạo ra moment quay, và lực pháp tuyến Z, gây uốn cho trục khuỷu Các thành phần lực này có thể được tính toán thông qua các mối quan hệ cụ thể.

Chọn các thông số cho tính toán nhiệt

2.1 Áp suất không khí nạp (p o )

- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p o = 0,1013 (MN/m 2 )

2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T o )

Nhiệt độ không khí nạp mới của xe chủ yếu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh Tại miền Nam Việt Nam, khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình hàng ngày thường được ước tính khoảng 29 độ C.

- Động cơ 4 kỳ không tăng áp: p a = 0,8.p o = 0,8.0,1013 = 0,08104 (MN/m 2 )

2.5 Chọn áp suất khí sót (p r )

- Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xy lanh động cơ.

- Giá trị áp suất khí sót p r phụ thuộc vào các yếu tố:

 Diện tích thông qua của các xupap xả

 Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả

 Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không

 Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

- Đối với động cơ xăng chọn p r = 0,12 (MN/m 2 )

- Phụ thuộc thành phần hỗn hợp khí, mức độ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải.

- Đối với động cơ xăng chọn T r = 1000 ( o K)

2.7 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T)

Khi khí nạp mới di chuyển qua đường ống vào trong xy lanh động cơ, nó tiếp xúc với vách nóng, dẫn đến việc khí được sấy nóng lên một nhiệt độ nhất định là T.

- Đối với động cơ xăng chọn T = 10 ( o C)

2.8 Chọn hệ số nạp thêm  1

Hệ số nạp thêm  1 thể hiện tỷ lệ tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp so với lượng khí trong thể tích V a Đối với động cơ thiết kế tốc độ cao và có cơ cấu phân phối khí hiện đại, việc lựa chọn  1 ở mức cao là khả thi nhờ vào đường ống nạp dài, giúp tạo quán tính lớn cho dòng khí nạp.

- Đối với động cơ xăng chọn  1 = 1,07

2.9 Chọn hệ số quét buồng cháy  2

- Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn  2 = 1

2.10 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt  t

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt  t phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp  và nhiệt độ khí sót

- Đối với động cơ xăng  = 0,95 ta chọn  t =1,12

Điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo của piston

Piston là một bộ phận thiết yếu của động cơ đốt trong, chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao và ma sát mài mòn trong suốt quá trình hoạt động Các lực tác động và nhiệt độ cao từ khí thể và lực quán tính tạo ra ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston Mài mòn xảy ra chủ yếu do thiếu dầu bôi trơn giữa piston và xylanh khi phải chịu lực.

Vật liệu chế tạo: do điều kiện làm việc của piston như trên, nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có sức bên lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi

- Hệ số giản nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn

- Chịu mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao

- Chống được sự ăn mòn hóa học của khí cháy

Vật liệu chế tạo piston thường dùng hiện nay là: gang và hợp kim nhẹ, thép ít được dùng để chế tạo piston.

bảng kích thước piston và thông số đầu vào của động cơ

STT Tên chi tiết Kí hiệu Gía trị (mm)

4 Chiều cao thân piston Lth 42

5 Chiều cao đầu piston lđ 17 Áp suất đầu kỳ nén P 1 50 Kpa Áp suất khí nạp p o 0,1013 MN/ m 2

Tính chất của môi chất công tác k 1.4

Nhiệt lượng đầu vào Q ¿ 1675 J/Kg.K

Nhiệt dung riêng của thể tích C v 0,821 KJ/Kg.K

Tốc độ động cơ N 6000 v/phút

Bán kính vòng quay trục khuỷu R 34 mm

Dung tích động cơ V H 1266 cm 3

Thể tích ban đầu của một xilanh V h 316,65 cm 3

Thể tích buồng cháy V c 150,7 cm 3

Chiều cao xéc măng dầu, xéc măng khí, bề dày

Bề dày xéc măng khí a a 1 a 2

Tiết diện đỉnh piston F b 46,47 cm 2

Tính toán thông số đầu vào

- Thông số kết cấu của động cơ

- Thể tích ban dầu của 1 xilanh

- Áp suất khí thể cuối kỳ nén Đồ thị chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Tính toán bền của piston

Khi làm việc, đỉnh sẽ chịu uốn lớn nhất tại tâm đĩa do các lực P zmax 2 tác động lên phía trên và phía dưới mặt đỉnh piston.

- Lực khí thể này có giá trị

- Lực P zmax 2 tác dụng lên trọng tâm của nửa hình tròn, cách trục x-x một đoạn: y 1 = 2

- Lực P zmax 2 tác dụng lên trọng tâm của nửa hình tròn, cách trục x-x một đoạn: y 2 = D + D 2

- Ứng suất uốn đỉnh piston σ u = M u

- Vật liệu là nhôm, đỉnh có gân tăng bền:

 Nhận xét thấy σ u < [ σ u ] nên đỉnh piston thỏa mãn điều kiện bền. b) Tính toán bền đầu piston

- Ứng suất kéo σ k cuối quá trình nén đầu quá trình nạp σ k = P jP

- Tính khối lượng m I−I phía trên tiết diện I-I: m I−I =γ V + Piston làm bằng hợp kim nhôm chọn γ = 2,5 kg/d m 3 = 2,5 10 3 kg/ m 3

- V 2 là thể tích phần rỗng của đầu piston phía trên mặt cắt I-I:

- V 3 là thể tích phần rãnh xecmăng phía trên mặt cắt I-I:

- Thể tích phần đầu piston là:

- Khối lượng phần đầu piston là: m I −I =Vγ =¿ 8,1993.10 −5 2,5.10 3 =0,2049 (kg )

- Tính diện tích F I−I của tiết diện I-I:

- Tính gia tốc lớn nhất của piston:

- Từ biểu thức tính gia tốc J ta nhận thấy J đạt giá trị cực đại khi α=0 ⇒cos α =1

- Ứng suất nén tiết diện I-I được xác định theo công thức: Thay số ta được σ n = P zmax π D 2

- Đối với piston làm bằng hợp kim nhôm ta có σ n = 221,91 10 −3 ( MN /m 2 ) ⇒ σ n < [ σ n ] %( MN / m 2 )

- Vậy đầu piston thỏa mãn điều kiện chịu nén.

+ Áp suất riêng trên bề mặt tếp xúc với mặt gương xilanh. q b = N max

Trong đó + Lực ngang lớn nhất đối với động cơ xăng được xác định bởi công thức

+ Áp suất riêng của thân piston q b =0.5349 Mpa thỏa trị số cho phép c) Tính bền chốt piston

* Điều kiện làm việc của chốt piston

Chốt piston là chi tiết quan trọng nối piston với thanh truyền, truyền lực từ khí thể lên thanh truyền để quay trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, chốt piston phải chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, với các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh, đặc biệt trong động cơ cao tốc Do đó, vật liệu chế tạo chốt piston cần có sức bền cao, khả năng chịu mòn tốt và độ dẻo lớn.

- Vật liệu thường dùng là thép cacbon và thép hợp kim có thànhphần cacbon thấp như thép 20, 20X, 15XA, 15XMA, 12XH3A, …

Thông số Ký hiệu Giá trị

Chiều dài chốt piston l cb 61 mm Đường kính ngoài chốt piston d cb 18 mm Đường kính trong chốt piston l 0 11 mm

Khối lượng chốt piston m cp 75,86 g

Chiều dài thanh truyền l tt 123,5 mm

Khối lượng thanh truyền m tt 535,38 g

Khối lượng đầu nhỏ thanh truyền m a 136,5219 g Đường kính trong đầu nhỏ thanh truyền d t 11 mm Đường kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền d c 18 mm

Khoảng cách giữa hai bệ chốt b 21mm

Chiều dài tiếp xúc với với bạc đầu nhỏ a 22mm

* Ứng suất uốn chốt σ u = (P z − P jP )(l+2 b−1,5 a)

- Lực quán tính P jP do piston, xec măng, khóa hãm và chốt gây nên có giá trị :

Trong đó + Khối lượng của piston m p =¿ 279,49g

- Khi làm việc chốt piston chịu lực cắt tại tiết diện nằm giữa brrj chốt và bạc đầu nhỏ và được các định như sau τ = 0.85(P z −P jP )(1+α o +α o 2 ) d c 2

0,018 2 (1−0,61 4 ) ¿183,86 Mpa d) Tính độ biến dạng của chốt

Khi chịu lực, áp lực phân bố không đồng đều quanh chu vi, và chúng ta có thể giả thuyết rằng áp lực này tuân theo quy luật hình cosin hoặc hình ovan trên tiết diện ngang của chốt.

- Độ biến dạng của tiết diện giữa của chốt piston:

+Trong đó môdun đàn hồi đối với thép có giá trị E =2.10 5 Mpa

+ Hệ số hiệu chỉnh k theo α o được xác định như sau : k=1,5−15 ( α o −0,4 ) 3 =1,5−15 (0,61−0,4 )=1,36

- Độ biến dạng cho phép [ ∆ d max ] =0,2 d c =0,2.0,018=3,6.10 −3

- Xét độ biến dạng ∆ d max =1.31 10 −6 m1,5 a) Tính bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu kéo:

Trong đó: m: khối lượng tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston m = ( m A + m np ) F 1 b

• Bán kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền:

Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo.

H: chiều rộng thân chổ nối với đầu nhỏ. ρ 1 : Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ với thân. r 2 : Bán kính ngoài của đầu nhỏ

 Moment uốn tại tiết diện C-C:

 Hệ số : phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết lắp ghép

 Lực kéo thực tế tác dụng lên tiết diện của đầu nhỏ thanh truyền:

 Ứng suất tổng cộng trên mặt ngoài đầu nhỏ thanh truyền: σ nj = [2 M j s (2 6 p+s p+ s) +N K ] l l d s

0,004 (2.0,012+0,004 ) 0,022.0,004 m Ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong đầu nhỏ thanh truyền.

Quan hệ giữa ứng suất mặt ngoài vời góc 𝜸 b) Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén

Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén.

 Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền p 1 = p kt F b - 𝑚𝑅 ω 2 (1 + ) F b 478,644.0,44 10 −3 -0,56743.0,034 523,6 2 (1+0,251).0,44.

 Moment uốn trên cung BC (𝛾 ≥ 90°)

M z2 = M A + N A ρ (1 - 𝑐𝑜𝑠𝛾) - P 1 𝜌 ( sinγ 2 - π γ sinγ - π 1 𝑐𝑜𝑠𝛾)=1,301+36,545.0,12(1- cos139,67)-4,77.0,012( sin 139,67 2 - 139,67 π sin139,67- π 1 cos139,67),52( m N 2 )

 Lực tiếp tuyến trên cung BC (𝛾 ≥ 90°)

N z2 = N A 𝑐𝑜𝑠𝛾 - P 1 ( sin 2 γ - π γ 𝑠𝑖𝑛𝛾 - π 1 𝑐𝑜𝑠𝛾)6,545.cos139,67-4,77( sin 139,67 2 - 139,67 π sin139,67- π 1 cos139,67)6,69(N)

 Ứng suất mặt ngoài của tiết diện nguy hiểm nhất:

 mtt: 0,344 (kg) m n =(0,2 ÷ 0,28) m tt =0,0688 (kg) m 2 =0,72 m tt = 0,24768(kg)

Ta có + Góc dẫn xuất về tâm đầu to thanh truyền : γ 0 @ °

+ Khoảng cách tính từ tâm của 2 bu lông đầu to thanh truyền : C = 0,055 (m) -Mô men uốn và lực pháp tuyến tác dụng lên tiết diện A-A của nắp đầu to:

= 0,0053 (MN)-Ứng suất lớn nhất tác dụng lên nắp đầu to thanh truyền: σ ❑ = P d ¿ +

L d :Chiều rộng tiết diện nắp đầu to: 0,026 (m) C: Khoảng cách 2 bu lông : 0,055(m) δ b :Chiều dày tiết diện bạc: 0,004 (m) δ : Chiều dày tiết diện nắp đầu to : 0,0015 (m)

Tính bền trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những bộ phận quan trọng nhất của động cơ đốt trong, có cường độ làm việc lớn và chi phí sản xuất cao Chức năng chính của trục khuỷu là nhận lực từ piston qua thanh truyền, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, từ đó truyền công suất ra ngoài.

3.2 Thu thập thông số đầu vào

STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị

1 Khoảng cách từ tâm của má khuỷu đến đường trung trực của chốt khuỷu a 22 mm

2 Chiều rộng của má hình chữ nhật h 72,02 mm

3 Khoảng cách giữa 2 tâm cổ khuỷu l 0 98 mm

4 Khoảng cách từ tâm 2 cổ khuỷu tới đường trung trực của chốt khuỷu l’=l” 45,5 mm

5 Chiều dày của má hình chữ nhật b 15 mm

6 Khoảng cách từ tâm má khuỷu tới tâm cổ trục b’=b’’ 23,5 mm

8 Khoảng cách giữa tâm 2 đối trọng với đường trung trực của chốt khuỷu c=c’=c’’ 16 mm

9 Khoảng cách từ trọng tâm má khuỷu đến tâm quay r mk 18,9 mm

10 Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay r dt 7,29 mm

11 Khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của má khuỷu r 16,24 mm

12 Khối lượng của chốt khuỷu m ch 0,284 kg

13 Khối lượng ly tâm của má khuỷu m mk 0,265 kg

14 Khối lượng đối trọng m dt 1,255 kg

15 Khối lượng nhóm piston m np 0,24974 kg

16 Khối lượng thanh truyền m tt 0,53538 kg

17 Đường kính ngoài của chốt khuỷu d ch 40 mm

18 Áp suất khí thể p zmax 76,1 bar

20 Diện tích đỉnh piston F p 4647 mm 2

3.3 Phương pháp tính sức bền theo cách phân đoạn

- Tính toán trường hợp khởi động là tính toán gần đúng với giả thuyết: Trục khuỷu ở vị trí điểm chết trên (α =0).

Khi khởi động động cơ, lực quán tính thường có thể bị bỏ qua do số vòng quay ban đầu nhỏ Lực tác dụng tại khuỷu có trị số lớn nhất P zmax, nhưng trong thực tế, khi khởi động, người dùng không bao giờ mở hết bướm ga của động cơ xăng hoặc kéo hết thanh răng khía của động cơ diesel, dẫn đến lực tác dụng thường nhỏ hơn P zmax.

- Do đó lực tác dụng lên trục khuỷu sẽ là:

Z= pz max F p v,1 10 5 4647.10 −6 =0,0353(MN ) -Các phản lực xác định theo công thức:

0,098 =0,0163(MN ) a Tính sức bền của chốt khuỷu

- Momen uốn chốt khuỷu (tính đối với tiết diện giữa các chốt) bằng:

- Do đó ứng suất uốn chốt khuỷu là: σ u = M u

M u - moduyn chống uốn của tiết diện ngang của chốt khuỷu + Đối với chốt đặc:

32 ∙ d ch 4 −δ ch 4 d ch (m 3 ) b Tính bền của má khuỷu

- Ứng suất uốn của má khuỷu bằng: σ u = M u

- Ứng suất nén má khuỷu: σ n = Z

- Ứng suất tổng cộng: σ Σ =σ u +σ n 1,83+16,338,16 ( MN /m 2 ) c Tính sức bền của cổ trục khuỷu

- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu:

3.3.2 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Z max

- Ta có : Khối lượng thanh truyền phân bổ về tâm chốt khuỷu: m 1 =(0,275 ÷ 0,359) m tt =(0,275 ÷ 0,359 ).0,53538=0,147 ÷ 0,192 (kg) Chọn m 1 =0,17 kg

- Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu: m 2 =(0,650 ÷ 0,725) m tt =(0,650 ÷ 0,725) 0,53538=0,347 ÷ 0,388 (kg) Chọn m 2 =0,37 kg

M: là khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

C 1 : Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu

C 2 : Lực quán tính ly tâm của khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu

- Lực tác dụng (khi có xét đến ảnh hưởng của lực quán tính) Z max xác định theo công thức sau:

Z max =Pz max −MRω 2 ( 1+ λ)4800−0,41974.0,034 (523,598) 2 (1+0,275 ))811,55 (N )=0,02981( MN)

Khuỷu trục không chỉ chịu lực Z 0 mà còn phải chịu lực quán tính ly tâm từ má khuỷu P r 1 và đối trọng P r2 Trong trường hợp này, lực tiếp tuyến T bằng không do α=0, dẫn đến T=0.

- Do đó phản lực tác dụng lên các gối trục được xác định theo các công thức sau:

- Nếu trục khuỷu hoàn toàn đối xứng thì:

Khi tính toán sức bền của khuỷu trục khuỷu trong động cơ nhiều xylanh, cần xem xét không chỉ lực Z max mà còn cả momen xoắn do các khuỷu trước truyền đến Do đó, khuỷu chịu lực và momen lớn nhất (Z max và (∑ Z 1−1) max) sẽ là khuỷu có nguy cơ cao nhất.

Để xác định khuỷu nào nguy hiểm nhất, cần dựa vào đồ thị T = f(α) để tính toán trị số của lực tiếp tuyến T tại các vị trí khác nhau Sau đó, lập bảng để phân tích và tìm ra momen lớn nhất.

( ∑ T 1−1 R ) max cũng tức là tìm khuỷu chịu lực tiếp tuyến ( ∑ T 1−1 ) max a.Tính bền của chốt khuỷu ΣT I−1 =0( MN /m 2 )

W u =0( MN /m 2 ) Với: W K là mô đuyn chống xoắn ủa chốt khuỷu W K =2W u + Đối với trục đặc: W K ≈ 0,2 d ch 3 m 3

- Ứng xuất tổng khi chịu uốn và chịu xoắn: σ Σ = √ σ u 2 + 4 k 2 6,45 (MN /m 2 ) b Tính bền của cổ trục khuỷu

- Tính sức bền của cổ trục khuỷu thường tính tiết diện ở chổ chuyển tiếp giữa cổ trục và má khuỷu (tiết diện nguy hiểm nhất).

- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu (cổ trục đặc): σ u = M u

Trong đó: d ch : đường kính của ổ trục khuỷu (m)

- Ứng suất xoắn cổ trục:

- Ứng xuất tổng khi chịu uốn và chịu xoắn: σ Σ = √ σ u 2 + 4 ❑ k 2 G,49 (MN / m 2 ) c Tính bền của má khuỷu