Tiểu Luận Môn Ứng Dụng Máy Tính Trong Thiết Kế Mô Phỏng Động Cơ

Xuất phát từ yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra của học phần môn “Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động cơ . Sinh viên cần phải trang bị đầy đủ kiến thức nền tảng có khả năng sử dụng phần mềm Solidwork để thiết kế các bộ phận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

Xuất phát từ yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra của học phần môn “Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động cơ" Sinh viên cần phải trang bị đầy đủ kiến thức nền tảng có khả năng sử dụng phần mềm Solidwork để thiết

kế các bộ phận Được sự phân công đề tài từ ThS Lương Huỳnh Giang Nhóm 1 bao gồm : Trần Nguyễn Khánh Minh 22630841 (Nhóm trưởng)

Phạm Thái Ân 22631781 Ngô Hoài Bảo 22631791 Phạm Anh Tỷ 22631471 Cùng tham gia thực hiện tiểu luận vẽ, mô phỏng, tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền, piston, trục khuỷu bằng phần mềm Solidwork Được sự giúp

đỡ, hướng dẫn của thầy trong suốt quá trình thực hiện đề tài, nhóm 1 đã hoàn thành bài tiểu luận

Nội dung bài tiểu luận có thể còn nhiều điểm thiếu sót nên rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ bảo của thầy để hoàn thiện hơn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chương 1: Tính bền lý thuyết 1

1.1 Bảng điều kiện đầu vào 1

1.1.2 Áp suất khí thể 2

1.1.3 Lực tịnh tiến cực đại 3

1.2 Tính bền pitton 3

1.2.1.Ứng suất uốn đỉnh pitton theo pp back 3

1.2.2 Đầu pitton 3

1.2.3.Tính thân pitton 4

1.2.4.Tính hệ số chốt pitton 4

1.3 Tính bền chốt pitton 4

1.3.1 Ứng suất uốn 4

1.3.2 Ứng suất cắt 4

1.3.3 Áp suất tiếp xúc trên đầu nhỏ thanh truyền 4

1.3.4 Ứng suất biến dạng 5

1.4 Tính bền thanh truyền 6

1.4.1 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền mỏng 6

1.4.2 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu lực kéo 6

1.4.3 Tính bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén 8

1.5 Tính Bền Trục Khuỷu 9

1.5.1.Trường hợp khởi động 9

1.5.2.Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax và Tmax 10

1.5.3 Tính bền máy 13

Chương 2: Dựng hình 14

1 Dựng Hình Piston 14

1.1 Thu Thập kích thước cơ bản 14

1.2 Các bước vẽ 15

2.Vẽ chốt piston 39

3 Vẽ thanh truyền 41

3.1 Thu thập kích thước 41

3.2 Các bước vẽ 43

4 Vẽ Trục Khuỷu 70

4.2 Các Bước Vẽ 71

Chương 3: Mô Phỏng kiểm nghiệm bền trên phầm mềm Solidwork 92

3.1 Mô Phỏng kiểm nghiệm Piston 92

3.2 Mô phỏng kiểm nghiệm bền chốt piston 97

3.3 Mô phỏng kiểm nghiệm bền thanh truyền 101

3.3.1 Trường hợp 1 101

3.3.2 Trường hợp 2: 105

3.3.3 Trường hợp 3: 109

3.3.4 Trường hợp 4: 113

3.4 Mô phỏng kiểm nghiệm bền trục khuỷu 117

3.4.1 Trường hợp máy 1 nổ: 117

3.4.2 Trường hợp máy 2 nổ 122

3.4.3 Trường hợp máy 3 nổ 124

3.4.4 Trường hợp máy 4 nổ 126

Chương 4: Tổng Kết 128

4.1 Kết luận đo đạc, tính bền 128

4.2 Bản vẽ 2D cụm piston thanh truyền trục khuỷu 128

4.2.1 Bản vẽ 2D Piston 129

4.2.2 Bản vẽ 2D chốt Piston 130

4.2.3 Bản Vẽ 2D cụm thanh truyền 131

4.2.4 Bản vẽ 2D trục khuỷu 133

Nhiệt lượng đầu vào

Nhiệt dung riêng

D=77,5 mm Tiết diện đỉnh pitton F

p= π𝐷2

4 =𝜋.(77.5)

2

4 =4717,29 𝑚𝑚2

=0.00471729 𝑚2Chiều dài chốt pitton

Đường kính ngoài chốt pitton

Đường kính trong chốt pitton

lcp=61mm

dcp=18mm

do=12mm Khối lượng chốt pitton

Khối lượng nhóm pitton

mcp= mcp=67,89g

mnp=269,5g Khối lượng thanh truyền mtt=1,063kg

Chiều dài thanh truyền ltt=158mm

Tổng khối lượng xec-măng 0.126 kg

Khoảng cách (a) nhỏ thanh truyền ld=0.11114m

Khối lượng chuyển động quay của

nhỏ thanh truyền

A=122mm

Đường kính trong đầu nhỏ tt

Đường kính ngoài đầu nhỏ tt

Dd1=18mm

Dd2=25mm Khoảng cách 2 gối đỡ I=33mm

Jmax= R.ω2(1+λ) =0,042625.(200π)2.(1+0,27)= 21371.148 (N)

Ứng suất nén đầu pitton

Ϭn= 𝑃𝑧𝑚𝑎𝑥.𝜋𝐷

2 4.𝐹1−1 =9241,37∗103∗𝜋∗(0.075)2

4∗0,00471729 = 86.54 𝑀𝑁/𝑚2

= 43117,776.10−6

2𝜋(0,018)24

Độ biến dạng tiết diện ngang

*Ứng suất biến dạng tại điểm 3 trên bề mặt ngoài (φ=90) ứng suất nén:

Ϭ3= −𝑃𝑧

𝑙𝑐𝑝𝑑𝑐𝑝 [0,174.(2+𝛼)(1+𝛼)

(1−𝛼) 2 +0,636

1−𝛼] 𝑘 = -632.59 MN/m2

*Ứng suất biến dạng tại điểm 2 bên bề mặt trong (φ=0) ứng suất nén:

*Ứng suất biến dạng tại điểm 4 bên bề mặt trong (φ=90) ứng suất kéo:

Ϭ4 = 𝑃𝑧

𝑙𝑐𝑝𝑑𝑐𝑝 [0,174.(1+2𝛼)(1+𝛼)

(1−𝛼) 2 𝛼 +0,636

1−𝛼] 𝑘 = 785.98 MN/m2

1.4.2 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu lực kéo

Lực quán tính pj phân bố đều theo hướng kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền

7

Lực pháp tuyến N A

NA=Pj ρ(0,572-0,0008 𝛾)=

= 63.59 (MN)

Moment uốn tại tiết diện C-C

Mj=MA+NA ρ(1-cos 𝛾) - 0,5.Pj. ρ(sin 𝛾-cos 𝛾)

= 1.3302+63.59.0,01075(1-cos120,165 ) -0,5

12430.713.0,01075(sin120,165-cos120,165)=-88,98 (N/m2)

Lực kéo tại tiết diện C-C:

Nj=NA.cosγ+0,5.Pj(sinγ – cosγ)

1.4.3 Tính bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén

Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính

Ứng suất mặt ngoài tiết điện nguy hiểm nhất

15

1.2 Các bước vẽ

Bước 1 : Vào Sketch vẽ hình có biên dạng như hình dưới đây

Bước 2: Vào lệnh Extrude boss/base đùn 1 khối như hình bên dưới để tạo dáng

sơ bộ cho piston

61

16

Bước 3: Tạo Sketch trên khối trụ và Dùng lệnh Cut-Extrude để tạo bề mặt nền

17

Bước 4: Dùng lệnh Shell để tạo chiều dày cho đỉnh và thân piston

18

Bước 5: Tạo Sketch vẽ bệ chốt và dung lệnh Boss-Extrude để đùn khối như hình

Bước 6 : Dùng lệnh Mirror tao bệ chốt đối xứng

19

Bước 7 : Sketch trên mặt bên của hình và vẽ tạo chân bệ chốt piston với kích thước như hình dưới

Bước 8 : Dùng lệnh Boss-Extrude => From Offset => Dirrection “ Up To Next”

Bước 9 : Dùng lệnh Mirror đối xứng qua mặt Front Plane

20

Bước 10: Sketch lên mặt phảng chân bệ chốt để vẽ hình có biên độ như hình bên dưới

21

Bước 11 : : Dùng lệnh Boss-Extrude => From sketchplane => Dirrection “ Up To Next”

Bước 12: Dùng lệnh fillet = 3mm dể bo tròn các cạnh

22

Bước 11 : Tạo Plane => First reference: Top Plane với D =40mm để vẽ mặt bên trong của piston

24

Bước 14 : Dung lệnh Fillet = 4mm tạo hình bo tròn các cạnh như hình bên dưới:

25

Bước 15 : Tạo mặt phẳng Plane2 đối xứng với Topplane hướng xuống 18mm

Bước 16: Sketch lên Plane vừa mới tạo và vẽ hình có biên độ kích thước như hình dưới:

26

Bước 17 : Dùng lênh Boss-Extrude đùng khối côn của bệ đỡ chốt xuống 21 mm

Bước 18 : Dùng lệnh Mirror qua mặt FrontPlane để tạo khối đối xứng

27

Bước 19 : Dùng lệnh Fillet bo tròn các cạnh vừa mới vẽ

29

Bước 22 : Tạo Plane đối xứng với Face 1 hướng xuống 6.5mm

Bước 23: Edit Sketch lên mặt phẳng vừa tạo dùng lệnh Convert Entities để lấy nét lại đường tròn ngoài, và sau đó vẽ đường tròn có đường kính D= 75.09mm

30

Bước 24: Dùng lệnh Cut-Extrude Midplane cắt xuống 2mm để vẽ đường rảnh xéc măng khí

31

Bước 25 : Tạo Plane đối xứng với Face1 hướng xuống 11mm

Bước 26: Edit Sketch lên Plane vừa mới tạo và sao đó vẽ đường tròn với đường kính D= 72.10mm

34

Bước 31: Tạo Sketch và vẽ bề mặt lỗ dầu

Bước 32 : sketch lên mặt phẳng và vẽ hình có biên độ và kích thước như hình nước

36

Bước 36 : Dùng lệnh Cut- Extrude cắt xuống 3 mm

Bước 37 : Vẽ Sketch lỗ tán nhiên liệu khi phun vào và dùng lệnh Cut-Extrude để cắt xuống

37

Bước 38 Tạo mặt phẳng đối xứng với Front Plane 31.5mm

Bước 29 Edit sketch lên mặt phẳng vừa tạo, sau đó vẽ hình có kích thước và biên

độ như hình dưới:

38

Bước 40 Dùng lệnh Cut-Extrude tại Direction1 chọn Up to next

Bước 41 Dùng lệnh Mirror đối xứng qua mặt Front Plane để vẽ khối

40

Bước 2 : Dùng lệnh Extrude-Thin để đùn khối và tạo độ dày 3mm

41

3 Vẽ thanh truyền

3.1 Thu thập kích thước

42

Stt Tên Chi Tiết Kí Hiệu Giá Trị

(mm)

2 Đường kính ngoài đầu

5 Chiều dài thân thanh

44

Bước 3 : Vẽ hình có biên độ và kích thước như hình phía dưới:

Bước 4 : Dùng lệnh Extruded Boss/Base để dùng đổ khối lên 24mm trong mục Features

45

Bước 5 : Sketck tiếp bề mặt Right Plane và vẽ biên độ như hình phía dưới:

Bước 6 : Dùng lệnh Extruded Boss/Base để dùng đổ khối lên 16mm trong mục Features

46

Bước 7 : Sketch tiếp bề mặt Front Plane và vẽ hình có biên dạng và kích thước như hình bên dưới

Bước 8 : Dùng lệnh Extrude-Cut để cắt lỗ xuống 10mm

Bước 9 : Dùng lệnh Fillet để tạo vòng bo với góc nghiên 29mm

48

Bước 10 : Dùng lệnh Fillet để tạo vòng bo với góc nghiên 29mm

#Enter

55

Bước 17 : Dùng lệnh Extrude-Cut để cắt lỗ xuống 10mm

Bước 18 : Sketch tiếp bề mặt Front Plane và vẽ hình có kích thước biên dạng như hình dưới

Bước 24 : Sketch mặt phẳng ở phần đầu to thanh truyền và vẽ đường tròn

có kích thước D=2mm như hình bên dưới

60

Bước 25: Sketch vào măt phẳng Right Plane vẽ đường thằng nét đứt nối 2 đường tròn vừa vẽ

Bước 26: Tại mục Features -> Reference Geometry -> Plane.Tạo mặt

phẳng trên đườn thằng vừa mới vẽ

62

b) Vẽ nửa dưới đầu to thanh truyền

Bước 1: Sketch vào mặt phẳng TopPlane và vẽ hình có biên độ và kích

thước như hình bền dưới:

Bước 2: Dùng lệnh Extruded Boss/Base đổ khối lên 24 mm

64

Bước 5: Dùng lệnh Extrude-Cut – Off set 9mm và cắt xuống 15mm

Bước 6 Sketch trên mặt phẳng của đường tròn vừa tạo, vẽ đường tròn có kích thước D=4,1 mm

65

Bước 7: Dùng lệnh Extrude-Cut xuống 20mm

Bước 8 Dùng lệnh Fillet để bo tròn các cạnh

- Fillet 0.9 mm các cạnh trong hình

66

- Fillet 2.0mm các cạnh trong hình

Bước 10: Tạo Plane mới cách mặt phẳng Top Plane 5mm

68

Bước 13 Tạo tiếp mặt phẳng thứ 2 giữa Face 1 và Face 2 của hình

Bước 14: Tại mục Features chọn Mirror để đối xứng qua mặt phẳng giữa vừa mới tạo

69

Bước 15: Dùng lệnh Fillet 0.9mm để bo tròn các cạnh vừa vẽ :

3 Chiều dài chốt khuỷu sck 29

4 Chiều dài trục khuỷu Ltk 459

71

4.2 Các Bước Vẽ

Bước 1: chọn mặt Front Plane

72

Bước 2 : Sketch Front Plane và chọn tọa độ để xác định mặt vẽ

Bước 3 : Lấy tâm xác định hình vẽ ban đầu

75

Bước 8 : Dùng lệnh Extruded Boss/Base để dùng đổ khối lên 38mm trong mục Features

#Enter

76

Bước 9 : Tạo plane ở trục D=50mm

Bước 10 : Chọn Sketch Right Plane và vẽ hình có thông số

77

Bước 11 : Dùng lệch Extrude-Cut cắt rãnh then 2mm

Bước 12 : Dùng lệch Chamfer 2.5mm 45 độ để vát cạnh

78

Bước 13 : Chọn Sketch Right Plane và vẽ hình có biên độ và kích thước

như hình phía dưới

Bước 11 : Dùng lệch Extrude-Cut cắt rãnh then 2mm

79

Bước 12 : Dùng lệch Threads để tạo ren

Bước 13 : Chọn Sketch trên hình trụ và vẽ hình có biên dạng, kích thước như hình bên dưới

82

#Enter

Bước 18 : Dùng lệnh Fillet : 10 mm để bo tròn hình vừa mới cắt

83

#Enter

Bước 19 : Trong mục Features chọn Reference-Plane để tạo mặt phẳng

84

Dùng lệnh Mirror

#Enter

85

Bước 20 : Tạo Plane và dùng lệnh Mirror

Bước 21: dùng lệnh Mirror với nhánh Bodies to Mirror, bỏ dấu stick

Merge solids

86

Bước 22: Tiếp tục dùng lệnh Plan để tạo tiếp mặt phẳng

Bước 23: Dùng lệnh Move/Copy Bodies để lật 180 độ

87

Bước 24: Dùng lệnh Mirror và chọn toàn bộ khối

Bước 25: Vẽ tiếp vòng tròn và dùng lệnh Extruded Boss/Base = 40mm

90

Bước 30: dùng lệnh Line để vẽ đường dầu trên mặt phẳng chéo vừa tạo

Bước 31: Dùng lệnh để khoét lỗ dầu vừa vẽ ở đường line

91

Bước 32: Vẽ tiếp đường dầu cho trục khuỷu và dùng lệnh Extruded Cut

Bước 33: vẽ theo sơ đồ đường dầu trục khuỷu

92

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM BỀN TRÊN

PHẦM MỀM SOLIDWORK

3.1 Mô Phỏng kiểm nghiệm Piston

Điều kiện đầu vào

Bước 1: Gán vật liệu cho piston

Bước 2: Vì động cơ xăng cháy đẳng tích nên lúc này piston chưa di chuyển

xuống.Do đó , Fix lại tại vị trí bệ chốt

93

Bước 3 : Gán áp suất khí thể 9.241 N/mm 2

94

Bước 4: Gán nhiệt độ T=2700 K

Bước 5 : Chia lưới

95

Kết quả

Stress

Displacement

96

Strain

Factor of safety

97

Nhận xét : Piston có ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép 𝜎 < [𝜎]; 6.204∗ 10 8

N/m2

Piston đảm bảo điều kiện bền

3.2 Mô phỏng kiểm nghiệm bền chốt piston

Bước 1: Gán vật liệu

Bước 2 : Chọn vị trí cố định

Vì quá trình cháy động cơ xăng được xem như cháy đẳng tích Lúc này thanh

truyền giữ Piston ở điểm chết trên Do đó cố định phần giữa của chốt nơi mà

chốt Piston tiếp xúc bạc đầu to thanh truyền.

98

Bước 2: Gán lực khí thể tại vị trí chốt piston tiếp xúc với bệ chốt

Bước 3 : Chia lưới

99

Kết quả thu được

Stress

Displacement

101

3.3 Mô phỏng kiểm nghiệm bền thanh truyền

Chọn vật liệu

3.3.1 Trường hợp 1 : tải trọng kéo do chốt khuỷu gây ra cho đầu to thanh

truyền trong khi đầu nhỏ bị cố định

Các bước gán điều kiện đầu vào

Bước 1: Cố định đầu nhỏ thanh truyền

102 Bước 2: Gán lực kéo 30,68 KN ở đầu to thanh truyền

Bước 3: Gán trọng lực

103

Bước 4: Chia lưới

Kết quả thu được:

Stress – 1

105

3.3.2 Trường hợp 2:

Tải trọng kéo ở đầu Piston trong khi đầu chốt khuỷu bị cố định:

Gán điều kiện đầu vào:

Bước 1: Cố định đầu to thanh truyền

Bước 2: Gán trọng lực

106

Bước 3: Lực quán tính tác động lên đầu nhỏ thanh truyền (Pj = 12430.713 N)

Bước 4: Chia lưới

107

Kết quả thu được:

Stress

Displacement

109

3.3.3 Trường hợp 3:

Tải trọng nén ở đầu chốt khuỷu trong khi đầu piston bị cố định

Điều kiện đầu vào

Bước 1: Cố định đầu nhỏ thanh truyền

Bước 2: Gán tải trọng nén ở đầu to thanh truyền ( 30,68 KN)

110

Bước 3: Gán trọng lực

Bước 4: Chia lưới

111

Kết quả thu được

Stress

Displacement

112

Strain

Factor of safety

Tải trọng nén ở đầu piston trong khi đầu trục khuỷu bị hạn chế

4.1.Điều kiện đầu vào:

Bước 1: Cố định đầu to thanh truyền

Bước 2: Gán trọng lực

114

Bước 3: Gán lực nén ở đầu nhỏ thanh truyền

Bước 4: Chia lưới

115

4.2.Kết quả thu được:

Stress

Displacements

118

Bước 2: gán lực PΣ1 kỳ nổ vào chốt khuỷu máy 1, gán lực PΣ2 kỳ xả vào chốt khuỷu máy 2, gán lực PΣ3 kỳ nén vào chốt khuỷu máy 3, gán lực PΣ4 kỳ nạp vào chốt khuỷu máy 4

Bước 3: gán trọng lượng vào gối giữa

119

Bước 4: chia lưới và khởi chạy tính to

Kết quả

Stress 1

120

Displacements

Strain 1

121

Factor of safety

123

Strain 1

Factor of safety 1

125

Strain 1

Factor of safety 1

127

Strain 1

Factor of safety

 Ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép Trong các rường

hợp đảm bảo điều kiện bền

4.2 Bản vẽ 2D cụm piston thanh truyền trục khuỷu

129

4.2.1 Bản vẽ 2D Piston

130

4.2.2 Bản vẽ 2D chốt Piston

131

4.2.3 Bản Vẽ 2D cụm thanh truyền

132

133

4.2.4 Bản vẽ 2D trục khuỷu

134

[1] Hồ Tấn Chuẩn – Nguyễn Đức Phú – Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến

(1996) Tính toán và kết cấu động cơ đốt trong tập II (In lần thứ 3) Việt

Nam: Nhà xuất bản giáo dục

[2] Nguyễn Thị Bông – Vy Hữu Thành- Nguyễn Đình Hùng(2007) Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong ĐH Quốc gia TP.HCM.Trường ĐH Bách Khoa: Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM

[3] " Working With Part Configurations," in Mastering Solidworks, 2018 ,pp 355-369 doi, https://doi.org/10.1002/9781119516743.ch11

135