Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, em cũng không tránh khỏi những lúc khó khăn khi viết nội dung cũng như tìm hiểu về quy trình sửa chữa thân vỏ, quy tình sơn và quy trình bảo dưỡng bề mặt sơn. Với sự góp sức lớn của các anh kỹ thuật viên tại xưởng đồng sơn, đã cặn kẽ hướng dẫn cho em hiểu hơn về những quy trình này và đã cho phép em được chụp lại những bức ảnh quý giá về các quy trình tại xưởng đồng sơn để bài luận văn tốt nghiệp của em được rành mạch và sinh động hơn. Luận Văn Tốt Nghiệp. Cuối cùng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến bản lãnh đạo của nhà trường và các Khoa Phòng ban chức năng đã tạo điều kiện cho em được học tập và trải nghiệm những điều tốt đẹp trong suốt 4 năm đại học. Dù đã hoàn thành bài luận văn tốt nghiệp nhưng bản thân em còn hạn chế một số về mặt kiến thức nên bài luận văn tốt nghiệp này em khó có thể tránh những sai sót không mong muốn. Kính mong nhận được sự ưu ái và ý kiến đóng góp từ các thầy và từ đó em đút kết được những kinh nghiệm sâu sắc cho quá trình đi làm sau này.
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Nhiệm vụ và điều kiện làm việc của động cơ ở cơ cấu piston - trục khuỷu -
1.1 Nhiệm vụ và điều kiện làm việc của động cơ ở cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền
Chuyển đổi chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất ra ngoài
Trong cơ cấu này, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau:
- Khi trục khuỷu hoạt động trạng thái làm việc rất phức tạp:
+ Trục khuỷu phải chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính Các lực này có giá trị cực kì lớn và biến đổi theo các chu kỳ cụ thể tạo nên sự va đập mạnh
+ Các lực tác dụng đã tạo ra ứng suất uốn và xoắn trên trục đồng thời gây ra hiện tượng dao động theo chiều dọc và xoắn dẫn đến sự mất cân bằng động cơ làm động cơ rung động
+ Các lực này cũng có thể gây ra sự mòn trên các bề mặt tiếp xúc giữa cổ trục và trục khuỷu
- Đối với bộ phận thanh truyền: Trong quá trình hoạt động, bộ phận thanh truyền phải chịu lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính Ngoài ra, vì bộ phận thanh truyền di chuyển theo chuyển động song phẳng nên nó cũng phải chịu lực quán tính tác động lên trọng tâm của bản thân nó Các lực này thường gây nên uốn cong và xoắn cho thanh truyền
- Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston đầy khắc nghiệt, phải chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt đồng thời Bên cạnh đó, Piston còn phải đối mặt với hiện tượng ma sát và ăn mòn
+ Tải trọng cơ học trong quá trình đốt cháy, khí hỗn hợp tạo ra áp suất vô cùng cao trong buồng đốt Trong chu kỳ làm việc áp suất của khí thể thay đổi lớn, do đó lực từ khí thể có tính chất va đập
+ Tải trọng nhiệt trong quá trình cháy đốt trong động cơ đưa Piston vào tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy, có nhiệt độ rất cao Điều này dẫn đến việc nhiệt độ của Piston đặc biệt là phần đỉnh của nó sẽ trở nên rất cao
+ Ma sát và ăn mòn trong quá trình hoạt động, piston phải đối mặt với sự ma sát đáng kể do thiếu dầu bôi trơn và áp lực ngang khi ép piston vào xilanh Ma sát này trở nên càng nghiêm trọng khi piston bị biến dạng do áp lực lúc làm việc Ngoài ra, đỉnh của piston tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đốt, dẫn đến hiện tượng ăn mòn từ phía sản phẩm đốt.
Đặc điểm kết cấu của cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền
- Piston gồm ba phần chính:
+ Đỉnh Piston đây là phần trên cùng của Piston và cùng với xilanh, nắp máy hình thành buồng đốt cháy
+ Đầu Piston bao gồm đỉnh Piston và vùng đai lắp xéc măng dầu và xéc măng khí có nhiệm vụ chính là bao kín buồng đốt
+ Thân Piston phía dưới rãnh xéc măng dầu cuối cùng ở đầu Piston, nhiệm vụ chính của nó là dẫn hướng cho Piston
- Đặc điểm kết cấu của piston được mô tả như hình 1.1 thể hiện biên dạng và kết cấu bên trong của chi tiết
Hình 1.1 Kết cấu piston động cơ Diesel 4 kỳ
+ Kết cấu của đỉnh Piston có sự đa dạng:
▪ Đỉnh bằng đây là loại phổ biến nhất có diện tích chịu nhiệt bé nhất và có kết cấu đơn giản dễ sản xuất chế tạo
▪ Đỉnh lồi loại đỉnh này có độ cứng vững cao Nó không cần bố trí các đường gân phía dưới đỉnh điều đó giúp giảm trọng lượng Piston Tuy nhiên, loại đỉnh này ít kết muội than nhưng do bề mặt chịu nhiệt lớn nên làm ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc của Piston
▪ Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc trong quá trình nén và trong quá trình cháy
+ Kết cấu đầu Piston bao gồm việc đặt các rãnh xéc măng, với số lượng rãnh xéc măng khí từ 35 và số lượng rãnh xéc măng dầu từ 1 3 Để giảm nhiệt độ cho xéc măng khí thứ nhất, ta cần bố trí xéc măng khí thứ nhất gần khu vực nước làm mát càng tốt điều này giúp tăng hiệu suất hoạt động đối với động cơ Sự lựa chọn về số lượng rãnh xéc măng khí thường dựa trên các yếu tố như áp suất của khí thể (cao hay thấp), tốc độ làm việc (cao hay thấp), và đường kính của xilanh (lớn hay nhỏ)
+ Kết cấu thân Piston: Thân Piston có vai trò là dẫn hướng chuyển động cho Piston trong xilanh và chịu lực ngang N Để đảm bảo sự dẫn hướng tốt và giảm sự va đập cũng như khe hở ngày càng nhỏ càng tốt
Chiều dài của thân Piston càng lớn, khả năng dẫn hướng áp suất tác động lên Piston càng nhỏ từ đó làm gia tăng tuổi thọ của chi tiết này Tuy nhiên, việc làm thân Piston càng dài đồng nghĩa với việc tăng trọng lượng của Piston càng lớn và tạo ra sự ma sát càng lớn hơn giữa các chi tiết với nhau
Vị trí của lỗ bệ chốt: Nếu chốt Piston được đặt ở chính giữa thân piston trong trạng thái tĩnh áp lực sẽ phân bố đều khi đó lực ngang chính là tác nhân chính sẽ tác dụng lên Piston Tuy nhiên, khi Piston chuyển động bởi vì lực ma sát tác động có thể làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt làm cho áp suất của Piston nén trên xilanh phân phối không đều
Hình dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ Thay vào đó, tiết diện ngang thường có hình dạng ô van hoặc vát ở hai đầu bệ chốt Piston Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng khi Piston bị biến dạng do tác động của lực khí thể, lực ngang và nhiệt độ, Piston không bị kẹt trong xilanh khi làm việc Để giải quyết vấn đề bó kẹt của piston, người ta thường thiết kế thân Piston có hình dạng giống một ô van trục ngắn nằm trùng với đường tâm của chốt Hoặc họ có thể tiện vát bớt mặt thân Piston ở hai đầu của chốt
Hình 1.2 Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt, lực khí thể P z và lực ngang N 1.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền
Trong động cơ đốt trong thông thường, thường có một hoặc nhiều hàng xilanh Dựa vào số xilanh mà kết cấu, số lượng thanh truyền không giống nhau Động cơ nhiều hàng xilanh thường bao gồm hai loại là động cơ chữ V và động cơ hình sao Thanh truyền của hai loại động cơ này có những điểm đặc biệt và khác biệt so với thanh truyền của động cơ một hàng xilanh
1.2.2.1 Kết cấu thanh truyền một hàng xilanh Ở động cơ một hàng xilanh số lượng thanh truyền sẽ bằng số lượng xilanh và trên một cổ khuỷu chỉ lắp một thanh truyền Kết cấu của thanh truyền trong một hàng xilanh bao gồm ba phần:
- Đầu nhỏ thanh truyền: Kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước chốt piston và phương pháp lắp ghép chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền
Khi chốt được lắp tự do, đầu nhỏ thanh truyền thường có dạng giống một trụ rỗng Thanh truyền khi mà lớn thường sử dụng đầu nhỏ có hình dạng cung tròn đồng tâm hoặc có thể sử dụng đầu nhỏ kiểu ô van nhằm tăng độ cứng vững và tuổi thọ của chi tiết
Trong động cơ máy bay, động cơ dùng trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụ mỏng (hình 1.3)
Khi lắp chốt piston tự do, có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và đầu nhỏ, do đó cần chú ý đến việc bôi trơn mặt ma sát để đảm bảo rằng sự làm việc của chi tiết trở nên mượt và êm dịu của hệ thống Thông thường, dầu nhờn được đưa lên bề mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ thông qua một đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền
Hình 1.3 Đầu nhỏ của thanh truyền khi chốt piston được lắp ghép tự do
Phía trên đầu nhỏ thanh truyền trong động cơ tốc độ cao, đôi khi có một bề mặt lồi nhỏ được sử dụng để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền Đầu nhỏ thanh truyền của các động cơ dùng kiểu lắp chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền có dạng như hình 1.4 và hình 1.5
Hình 1.4 Đầu nhỏ của thanh truyền được lắp cố định với chốt piston
Kết cấu của đầu nhỏ thanh truyền trong trường hợp loại này phụ thuộc vào phương pháp cố định chốt piston trên đầu nhỏ của nó
Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu giới thiệu trên hình 1.5a,c tương đối khó khăn
Hình 1.5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền
Chiều dài l sẽ phụ thuộc dựa trên tham số kết cấu của chi tiết thanh truyền Tiết diện ngang của thân thanh truyền giới thiệu trên hình 1.6
Hình 1.6 Tiết diện thân thanh truyền
Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn ( hình 1.6c,d) thường dùng trong động cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp Loại này có là dễ dàng sản xuất bằng cách rèn tự do và gia công Tuy nhiên, điểm yếu của loại này thường liên hoan đến việc sử dụng vật liệu không phù hợp Bởi vì, trong mặt phẳng lắc của thanh truyền chịu lực tác động lớn nhất vì vậy thanh truyền phải có mô đun chống uốn lớn hơn so với mặt phẳng khác
Vì vậy, khi sử dụng thân thanh truyền có tiết diện là hình tròn và đảm bảo độ cứng vững trong mặt phẳng lắc đủ, thì độ cứng vững trong mặt phẳng khác có thể trở nên dư thừa dẫn đến tăng khối lượng và tốn kém vật liệu Ở vài động cơ nhiều hàng xilanh, đôi khi dùng thân thanh truyền có tiết diện chữ
H (hình 1.6e) để tăng độ cứng và vững chắc của thanh truyền
Thanh truyền có tiết diện chữ nhật hoặc hình ô van (như hình 1.6g và h) thường được sử dụng trong các động cơ như mô tô, xuồng máy và động cơ cỡ nhỏ khác Đây là loại thanh truyền đơn giản và dễ dàng sản xuất Đôi khi, để tăng thêm độ cứng vững và làm cho quá trình khoan đường dầu bôi trơn dễ dàng hơn, thân thanh truyền được gia cố bằng việc thêm các gân gia cố trên toàn bộ chiều dài của nó Tiết diện của loại thân này giới thiệu trên hình 1.6i Các lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền được sử dụng như một cách cung cấp đưa dầu bôi trơn cho chốt piston
Kích thước đầu to phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của chốt khuỷu Để đảm bảo hiệu suất, đầu to thanh truyền phải đáp ứng các yêu cầu sau:
+ Phải có độ cứng lớn và vững chắc lớn để bạc lót không bị biến dạng, đặc biệt là với bạc lót mỏng
Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền đối với động cơ xilanh bố trí thẳng hàng
Đối với động cơ xilanh bố trí thẳng hàng thường sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền này được ứng dụng khá rộng rãi
Hình 1.18 Cơ cấu piston, trục khuỷu và thanh truyền động cơ xilanh được bố trí thẳng hàng
Trục khuỷu lắp trên cơ cấu này thường dùng trục khuỷu nguyên là loại trục khuỷu có các bộ phận cổ trục, trục khuỷu làm liền với nhau thành một khối được gia công khá phức tạp và nhiều giai đoạn
Cơ cấu trục khuỷu và thanh truyền động cơ trong trường hợp này thường được sử dụng thanh truyền có tiết diện chữ I bởi vì đây là loại thanh truyền có kết cấu đơn giản thích hợp trong việc chế tạo và sản xuất
Piston thường được thiết kế dưới hình dạng là Piston đỉnh lõm với phần lõm có thể chiến toàn bộ đỉnh hoặc chỉ ở một phần của đỉnh Chỏm cầu lõm có thể có đồng tâm hoặc lệch tâm Loại Piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng Điều này có lợi ở điểm là trong quá trình nén và đốt cháy nó sẽ tạo ra xoáy lốc nhẹ khi nạp khí vào và thải khí ra.
Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí chữ V
Động cơ chữ V ra đời nhằm tăng số xilanh cho động cơ để tăng công suất của động cơ Nó có kết cấu rất gọn nhẹ, chiều cao động cơ thấp, chiều dài ngắn hơn so với động cơ một hàng xilanh có cùng công suất Động cơ có tính cân bằng tốt vận hành êm và ít gây rung động
Kết cấu của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền trên động cơ chữ V phức tạp hơn động cơ thẳng hàng
Hình 1.19 Bản vẽ lắp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ chữ V
Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí hình sao 16 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN – PISTON CỦA ĐỘNG CƠ B6
Động cơ hình sao bao gồm các động cơ mà ở đó các đường tâm của xilanh cùng nằm trong các mặt phẳng thẳng góc với đường tâm của trục khuỷu
Loại động cơ này có khá nhiều xilanh, các xilanh sắp xếp theo các hình sao 3, 5,
7, 9 cánh Mỗi “cánh” của loại động cơ hình sao sẽ tương đương với các hàng xilanh
Số xilanh trên mỗi hàng xilanh thường sẽ không vượt quá 6 Và tổng số “cánh” trong động cơ hình sao thường không được vượt quá 9
Do kết cấu của động cơ khá phức tạp nên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền dùng trên động cơ loại này cũng phức tạp và rất tốn kém
Hình 1.20 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ bố trí hình sao
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN –
Giới thiệu động cơ B6
Động cơ B6 do hãng Mazda sản xuất, có dung tích xilanh 1,6L là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt thẳng hàng, 8 xupáp Các xupáp được dẫn động từ trục cam thông qua giàn cò mổ Cam được đặt trên nắp máy, gồm 1 trục cam dẫn động xupáp (SOHC) B6 dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ, giúp cho động cơ tiếp nhận nhiên liệu ổn định hơn và tiết kiệm được nhiên liệu Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống thải có bộ ống xả xúc tác, bộ hồi lưu khí xả, bên cạnh đó hệ thống đánh lửa thì lại được điều khiển bằng điện tử Hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát đều được trang bị đầy đủ
Bảng 2.1 Thông số động cơ
Stt Hạng mục Kí hiệu Thông số Đơn vị
7 Số vòng quay không tải tối thiểu n 850 vòng/phút
8 Công suất cực đại Ne 62/ 5200 KW/rpm
9 Mô men xoắn cực đại M 110 / 3600 N.m/rpm
11 Áp suất cực đại Pzmax 5,3 MN/m 2
12 Khối lượng nhóm piston mpt 0,8 kg
13 Khối lượng nhóm thanh truyền mtt 1 kg
14 Góc đánh lửa sớm θs 3 độ
16 Góc phối khí α1 14 độ α2 50 độ α3 52 độ α4 12 độ
17 Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức các te ướt
18 Hệ thống làm mát Cưỡng bức bằng môi chất lỏng
19 Hệ thống phối khí 8 valve – SOHC
Bảng 2.2 Thông số xe Mazda Động cơ
Kiểu động cơ 4 xilanh, thẳng hàng
Loại xe xe du lịch
Hộp số 5 cấp số tay
Chiều dài cơ sở (mm) 2750 mm
Trọng lượng không tải (kg) 870 kg
Dung tích bình nhiên liệu (lít) 60 lít
Phanh sau Phanh tang trống
Hình 2.1 Mặt cắt động cơ B6 1- Trục cam; 2- Xupap; 3- Piston; 4- Bánh đà; 5- Thanh truyền;
2.1.1 Cơ cấu phân phối khí
Hình 2.2 Một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí 1- Giàn cò mổ; 2- Trục cam; 3- Móng ngựa; 4- Tấm chặn trên 5- Lò xo xupap; 6- Khóa hãm; 7- Chấn chặn dưới; 8- Xupap; 9- Đệm xupap
Cơ cấu phân phối khí mở và đóng xupáp hút và xả đúng lúc để làm tăng hiệu quả nạp và xả nhằm đáp ứng tốt yêu cầu hoạt động của động cơ Trục khuỷu có nhiệm vụ gián tiếp làm dẫn động cơ cấu trục cam thông qua các bánh răng Bộ phận dẫn động gồm: Bánh răng trục khuỷu, bánh răng trung gian, bánh răng trục cam, trục cam, con đội, đũa đẩy, cò mổ, xupáp và lò xo xupáp Trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh, có đường kính cổ trục là 43 mm và độ cao của vấu cam là 36 mm
Tính năng làm việc của động cơ, theo thời điểm đóng mở xupáp và thứ tự nổ, sẽ tùy thuộc vào các vấu cam Cò mổ sẽ thực hiện một chuyển động quay quanh trục cò mổ và biến đổi dựa vào hình dạng của vấu cam của đũa đẩy để mở và đóng xupáp Mục đích của trục cam và cò mổ là để mở và đóng các xupáp hút và xả nhằm điều khiển thời điểm đốt cháy hỗn hợp…Nếu những chi tiết này bị mòn hoặc hư hỏng thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới tính năng làm việc của động cơ
Thời điểm đóng mở xupáp nghĩa là hoạt động mở và đóng xupáp riêng biệt cho
1 động cơ, và có thể được xác định qua góc quay của trục khuỷu Các xu páp không mở và đóng đúng vào điểm chết trên và điểm chết dưới bởi vì khí nạp sẽ không đi vào ngay
Trang 21 khi vừa mới mở xu páp hút Do có quán tính của khối không khí nạp và diện tích của cửa nạp không thể tăng ngay được, do đó việc nạp sẽ bị trễ Vì vậy cần phải mở sớm xupáp hút trước điểm chết trên để không khí được hút vào nhiều hơn
Không khí vẫn đi vào chừng nào trong xy lanh còn chân không, cho nên xupáp hút cần đóng muộn sau điểm chết trên Xu páp xả cần mở sớm trước khi đạt điểm chết dưới để đảm bảo khí xả cuối hành trình nổ có thể thoái trước Sau đó, nó sẽ đóng muộn sau khi vượt qua điểm chết trên Điều này cần thiết để đảm bảo áp suất trong buồng đốt
Hình 2.3 là xupap của động cơ B6 Trong quá trình làm việc, xu páp chịu tải trọng động và tải trọng nhiệt lớn Bề mặt nấm xu páp luôn chịu va đập mạnh với đế xu páp điều này làm cho nó dễ bị biến dạng Xupap tiếp xúc trực tiếp với khí cháy, xupap thải chịu nhiệt độ rất cao và chịu ăn mòn hóa học Đường kính xupap nạp bằng 6.970-6.985 mm, xupap thải bằng 6.965-6.980 mm
Hình 2.4 Lò xo xupap động cơ B6
Hình 2.4 là xupap động cơ B6 Lò xo dùng để đóng kín xupap trên đế xupap và đảm bảo xupap đóng đúng theo quy luật của cam phân phối khí Lò xo xupap làm việc trong điều kiện khi tải trọng động thay đổi đột ngột và biến thiên Lò xo có hình dạng hình trụ có bước xoắn thay đổi để tránh hiện tượng cộng hưởng làm lò xo bị gãy và gây va đập mạnh trong cơ cấu phân phối khí Hai vòng ở 2 đầu lò xo được quấn khít nhau và được mài phẳng để lắp ghép
Hệ thống làm mát trên động cơ B6 là hệ thống làm mát bằng chất lỏng Ở hệ thống này, nhiệt độ từ xy lanh truyền qua chất lỏng chứa trong các áo bao quanh xy lanh, sau đó nước qua két nước có diện tích thích ứng Ở đây sẽ có dòng không khí tuần hoàn qua bề mặt ngoài của két nước để làm mát nước Lưu lượng không khí được đưa vào nhờ quạt gió và do sự chuyển động của xe nhờ động cơ cho nên đã mang theo nhiệt độ sức nóng từ động cơ hoạt động tỏa ra ngoài khoảng không gian Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm mát trên động cơ B6 như sau:
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ B6 1- Két nước; 2- Đường ống nước vào; 3- Đường ống nước về
4- Đường dẫn nước 5- Bơm nước
Khi vừa khởi động động cơ dung dịch nước làm mát trong động cơ có trong két được bơm nước và hút thông qua ống hút của bơm và đẩy vào bên trong khoang chứa nước bên trong thân máy của động cơ qua các lỗ khoan sẵn có bên trong thân máy Lúc này nước sẽ được phân tách và chia ra để làm mát đều các xilanh ngoài ra còn làm mát dầu bôi trơn sau đó sẽ đi lên làm mát phần thân máy rồi sau đó từ thân máy nước làm mát sẽ đi đến van hằng nhiệt Đặc điểm nổi bật của hệ thống làm mát là được trang bị kiểu van hằng nhiệt được lắp ở phần đầu vào của bơm nước Chi tiết van hằng nhiệt nó được trang bị van đi tắt và tùy thuộc vào sự thay đổi về nhiệt độ nước làm mát, điều đó sẽ làm van này đóng hay
Trang 23 mở để điều chỉnh nước làm mát (1) Khi mà nước làm mát có nhiệt độ còn thấp lúc này van hằng nhiệt có nhiệm vụ sẽ đóng và rồi tiếp theo van đi tắt mở ra Lúc này nước làm mát đã được tuần hoàn thông qua mạch rẽ mà nó không đi tới van hằng nhiệt Vì thế nên nhiệt độ của nước khi này tăng lên và rồi động cơ đạt được đến nhiệt độ thích hợp được nhanh hơn (2) Khi nhiệt độ của nước làm mát đã lên cao thì van hằng nhiệt sẽ mở và van đi sẽ tắt đóng lại
Toàn bộ phần nước làm mát sẽ đi qua két nước Khi này nó đã được làm mát và lại đi tiếp qua van hằng nhiệt và được trở về bơm nước Bằng cách này mà nhiệt độ động cơ luôn cho phép được duy trì và hệ thống làm mát bằng nước xem như là tuần hoàn cưỡng bức
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ B6 1- Các te dầu; 2- Lọc dầu; 3- Bơm dầu; 4- Bầu lọc tinh; 5- Đường dầu chính; 6- Đường dầu bôi trơn trục cam; 7- Đường dầu bôi trơn trục khuỷu;
Dầu nhờn thì được chứa trong các te và được bơm dầu hút qua phao hút dầu qua bộ phận lọc thô và khi đi qua bầu lọc thô thì dầu đã được lọc sạch sơ bộ với các tạp chất có kích cỡ bằng các hạt lớn tiếp đến đó dầu nhờn lại được đưa vào đường dầu chính chủ yếu là để chảy đến các chi tiết như ổ trục cam, ổ trục khuỷu, Đường dầu 7 trong trục khuỷu đưa dầu lên bôi trơn ở chốt, ở đầu to thanh truyền rồi lên bôi trơn chốt piston
Đặc điểm cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6
Hình 2.8 Các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6
1- Nửa đầu to thanh truyền; 2- Bạc lót đầu to thanh truyền; 3- Chốt piston; 4-Xéc măng; 5- Nắp trục khuỷu; 6- Trục khuỷu; 7- Bạc lót trục khuỷu
Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 gồm có các nhóm piston, nhóm thanh truyền, nhóm trục khuỷu Chúng đóng vai trò quyết định trong việc cung cấp sức mạnh và hiệu suất cho động cơ này
Hình 2.9 Kết cấu nhóm piston động cơ B6 1.Đầu piston 2-3 Đỉnh piston (phần lỏm để chứa xupap và buồng đốt)
4 Thân piston 5 Lỗ chốt piston
Quá trình hoạt động của động cơ chi tiết piston sẽ chịu ma sát mài mòn lớn, chịu lực lớn và nhiệt độ cao bởi vì xéc măng sẽ tiếp xúc trực tiếp với thành xi lanh sản sinh ra ma sát lớn, đỉnh piston sẽ chịu tác động lớn do áp suất khí thể sinh ra sau khi đốt cháy trong buồng đốt
Do điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy nên vật liệu dùng để chế tạo piston có độ bền cao Trên động cơ B6 vật liệu chế tạo piston là thép hợp kim, đỉnh piston lõm
Mỗi piston gồm có 3 rãnh xéc măng, trong đó gồm 2 rãnh xéc măng khí và 1 rãnh xéc măng dầu
• Đường kính ở lỗ của chốt piston: d = 20 mm
• Chiều sâu rãnh xéc măng: t = 5 mm
• Chiều rộng rãnh xéc măng khí: a = 2,5 mm
• Chiều rộng rãnh xéc măng dầu: a = 5 mm
• Khoảng cách giữa hai xéc măng: b = 4,5 mm
2.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền
Hình 2.10 Thanh truyền động cơ B6
• Đường kính lỗ chốt: dc = 20 mm
• Đường kính lỗ đầu to: dt = 45 mm
• Chiều dày đầu nhỏ: δ = 22 mm
- Đầu nhỏ thanh truyền: có kết cấu phụ thuộc dựa vào kích thước của chốt piston và cách lắp ráp chốt piston cùng với đầu nhỏ của thanh truyền
Việc chốt piston lắp tự do khi này đầu nhỏ thanh truyền sẽ có hình dạng là hình trụ rỗng Và thanh truyền đối với động cơ có kích thước lớn sẽ sử dụng đầu nhỏ thanh truyền dạng hình cung tròn đồng tâm nhưng đôi khi có thể là dùng kiểu ô van nhằm tăng độ cứng cho chi tiết đầu nhỏ của thanh truyền
Hình 2.11 Đầu nhỏ thanh truyền khi chốt piston lắp ghép tự do
Khi thực hiện việc lắp chốt piston tự do sẽ có sự chuyển động tương đối giữa hai chi tiết đó là chốt piston và đầu nhỏ cho nên ta cần phải chú ý hơn đến việc bôi trơn bề mặt ma sát trên hình 2.12
Hình 2.12 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền
Chiều dài l của thân thanh truyền sẽ phụ thuộc dựa trên tham số kết cấu của chi tiết thanh truyền Tiết diện ngang của thân thanh truyền giới thiệu trên hình 2.13
Hình 2.13 Tiết diện thân thanh truyền
Một số loại thân thanh truyền mà có tiết diện là hình chữ I thường được sản xuất bằng các dùng phương pháp rèn khuôn như vậy sẽ thích hợp với phương án sản xuất lớn
Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt khuỷu Để đảm bảo hiệu suất, đầu to thanh truyền phải đáp ứng các yêu cầu sau:
+ Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng nhất là đối với bạc lót mỏng + Kích thước đầu to thanh truyền phải nhỏ gọn nhằm đảm bảo được lực quán tính khi chuyển động quay nhỏ, đồng thời phải giảm được tải trọng tác dụng lên ổ trục, chốt khuỷu và phải giảm đi kích thước của hộp trục khuỷu Bên cạnh đó, thiết kế làm sau phải tạo khả năng việc lắp đặt trục cam gần với trục khuỷu động cơ
+ Vị trí chổ chuyển tiếp giữa đầu to và thân thanh truyền phải có được góc lượn lớn nhằm giảm đi ứng suất tập trung cho chi tiết
+ Phải dễ dàng trong việc lắp ghép cụm piston và thanh truyền với trục khuỷu
Hình 2.14 Đầu to thanh truyền
Nhưng khuyết điểm của việc dùng những miếng đệm này là giảm độ cứng vững của đầu to, do đó tải trọng tác dụng lên bulông sẽ tăng lên Mặc khác, khi lấy các miếng đệm điều chỉnh ra khỏi lỗ lắp của chốt khuỷu không tròn nữa chúng ta phải cạo rà lại chi tiết bạc lót thì mới dùng được
2.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu
Hình 2.15 Trục khuỷu động cơ B6 1.Chốt khuỷu; 2 Cổ trục khuỷu
Trục khuỷu của động cơ B6 là loại đủ cổ trục bao gồm 4 cổ khuỷu và 5 cổ trục Trục khuỷu được đánh giá là một trong những chi tiết máy được xem quan trọng nhất trong động cơ đốt trong và có cường độ làm việc lớn nhất
Công dụng chung của trục khuỷu đó là tiếp nhận lực tác dụng trên piston và rồi truyền qua thanh truyền sau đó biến chuyển động tịnh tiến của piston trở thành một chuyển động quay để đưa công suất ra ngoài
Trạng thái hoạt động của chi tiết trục khuỷu rất nặng Bởi vì, trong quá trình làm việc thì trục khuỷu sẽ chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau như: lực quán tính (quán tính chuyển động quay và quán tính chuyển động tịnh tiến) và lực khí thể,… Các lực này thường sẽ có trị số rất lớn và hay biến đổi theo chu kỳ do đó mà trục khuỷu có tính chất va đập rất mạnh khi làm việc
Hình 2.16 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu
Mặc khác các lực đó còn gây hao mòn trên một số bề mặt ma sát của chốt khuỷu và cổ trục Tuổi thọ của chi tiết thanh truyền sẽ phụ thuộc vào tuổi thọ của chi tiết trục khuỷu bởi vì trục khuỷu có độ cứng lớn, sức bền lớn, có độ chính xác tuyệt đối và trọng lượng nhỏ và ít mòn
Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, trục khuỷu (chốt, má,cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu Đầu trục khuỷu thường được sử dụng để lắp các bánh răng dẫn động các bộ phận như bơm nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly (bánh đai) để truyền động quạt gió Ngoài ra, nó cũng thường được sử dụng để lắp đai ốc khởi động dùng để khởi động động cơ bằng tay quay
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ B6
Tính toán động học và động lực học của cơ cấu
3.1.1 Xây dựng đồ thị công
3.1.1.1 Các thông số cho trước
- Áp suất cực đại: p z = 5, 3 [ MN m / 2 ]
- Áp suất khí sót: p r = 0,110 ( MN m / 2 )
- Áp suất cuối quá trình nạp: p a = 0, 085 ( MN m / 2 )
- Áp suất khí nạp: p k =0,1 MN m/ 2
- Chỉ số nén đa biến trung bình n 1=(1,34 1,39 ), ta chọn n 1 = 1, 35
- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 =(1, 23 1.27 ) , ta chọn n 2 = 1, 25
- Tỉ số giãn nở sớm: = 1, 00
- Góc phun sớm s = 10 o , đánh lửa sớm S = 3 o
3.1.1.2 Xây dựng đường cong nén
Gọi p nx , V nx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:
Trong đó: - p nx và V nx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén
- i là tỉ số nén tức thời
3.1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở
Gọi p nx , V nx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:
Trong đó p gnx và V gnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở Để dễ vẽ ta tiến hành chia V h thành khoảng, khi đó i = 1, 2, 3,
3.1.1.4 Tính toán và biểu diễn các thông số a) Tính toán V a , V h , V c a c h
V = =V dm b) Biểu diễn các thông số
- Biểu diễn thể tích buồng cháy:
V cbd = mm , theo kinh nghiệm ta chọn V cbd = 15 ( mm )
Giá trị biểu diễn của 0, 399 133 ( )
= = - Biểu diễn áp suất cực đại:
160 220 ( ) p zbd = − mm , theo kinh nghiệm ta chọn p zbd = 200 ( mm )
- Giá trị biểu diễn đường tròn Brick:
Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn của V h , nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = V hbd mm
= = - Giá trị biểu diễn của oo ’:
3.1.1.5 Xây dựng bảng giá trị đồ thị công động cơ xăng
Bảng 3.1 Bảng giá trị đồ thị công động cơ xăng
( ) mm Đường nén Đường giãn nở n 1 i 1 n 1 i 1 c n p i p n
- Xác định các điểm đặc biệt:
Trong đó: V c −thể tích buồng cháy V c =0, 048 ( ) l p r −áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ
• Điểm b V p ( a ; b ) p b :áp suất cuối quá trình giãn nở
- Suy ra, ta có được các điểm đặc biệt gồm: r V p ( c ; r ) (= 0, 048 ; 0,110 ) a V p ( a ; a ) (= 0, 447 ; 0, 085) b V p ( a ; b ) (= 0, 447 ; 0,326 ) c V p ( c ; c ) (= 0, 048 ; 1, 725) z V ( c ; p z ) (= 0, 048 ; 5, 3)
Hình 3.1 Ảnh biểu biểu diễn sơ khảo đồ thị công P - V
- Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xy lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể
- Từ các số liệu ở Bảng 3.1 Xây dựng bảng giá trị đồ thị công động cơ xăng, ta xác định được các tọa độ điểm trên các trục tọa độ và tiến hành nối các tọa độ điểm này bằng các đường cong thích hợp sẽ vẽ được đường cong nén và đường cong giãn nở
- Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
• Điểm đánh lửa sớm (c’) → xác định từ Brick ứng với s
• Điểm mở sớm của xu páp nạp (r’) → xác định từ Brick ứng với 1
• Điểm đóng muộn của xupáp thải (r’’) → xác định từ Brick ứng với 4
• Điểm đóng muộn của xupáp nạp (a’) → xác định từ Brick ứng với 2
• Điểm mở sớm của xupáp thải (b’) → xác định từ Brick ứng với 3
• Điểm áp suất cực đại lý thuyết z V ( c ; p z )
→ Điểm áp suất cực đại thực tế ( z) → 1 z = 2 yz
- Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm p a và p r Ta có được đồ thị công lý thuyế, tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z và b Có đồ thị như hình 3.1
Trang 39 a) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β 2 , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường p a tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường p r và trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp b) Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c’’) Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết p c đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế p c ’’ được xác định theo công thức sau:
Từ đó xác định được tung độ điểm c’’ trên đồ thị công:
0, 02 65 y c = = mm c) Hiệu đính điểm phun sớm (điểm c’)
Do hiện tương đánh lửa sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’ Điểm c’ xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ s , bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’ Nối các điểm c’, c’’ với điểm z’’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nỡ d) Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế Áp suất p zmax thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel (đoạn ứng với ρ.V c) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ
Trang 40 xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng
372° ÷ 375° (tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở)
Hiệu đính điểm z của động cơ xăng:
- Xác định điểm z từ góc 15º Từ điểm O΄ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường p z tại điểm z
- Dùng cung thích hợp nối c’’ với z và lượn sát với đường giãn nở e) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (điểm b’)
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lý thuyết
Ta xác định điểm b bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β 1 , bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’ f) Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b’’) Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P b thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được:
2 2 b r b r MPa p = p + p − p = + − Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :
= = Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải p rx Và nối điểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung cắt đường nạp pax tại r’ Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế Đồ thị công chỉ thị (được biểu diễn trên giấy A0)
Hình 3.2 Đồ thị công P – V của động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp 3.1.2 Xây dựng đồ thị Brick
- Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R Do đó AD = 2R Điểm A ứng với góc quay = 0 o (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi 0 o (vị trí điểm chết dưới)
- Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 3.3, với:
- Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’C thẳng góc với
AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:
AC= AO OC− =AO− CO−OO = −R MO cos + R
Hình 3.3 Phương pháp vẽ đồ thị Brich 3.1.2.2 Đồ thị chuyển vị
Hình 3.4 Đồ thị chuyển vị S = f()
3.1.3 Xây dựng đồ thị vận tốc
- Vẽ vòng tròn tâm O bán kính 2 ( )
= = = đồng tâm với nữa vòng tròn có bán kính R mm 1 ( )
- Đẳng phân định hướng chia nữa vòng tròn R 1 và vòng tròn R 2 thành n phần đánh số 1,
2, 3, , n và 1’, 2’, 3’ ,, n’ theo chiều như trên hình 3.5
- Từ các điểm 0, 1, 2, 3, kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với
AB kẻ từ 0’, 1’, 2’, 3’, tại các điểm o, a, b, c Nối các điểm o, a, b, c bằng các đường cong ta dược đường biểu diễn trị số tốc độ
Hình 3.5 Giải vận tốc bằng đồ thị
- Các đoạn thẳng ứng với a1, b2, c3, nằm giữa đường cong o, a ,b , cvới nữa đường tròn R 1 biểu diễn trị số tốc độ ở các góc tương ứng Được chứng minh như sau:
Từ hình 3.5 , ở một góc bất kỳ ta có: bb = R 2 sin 2và b = 2 R 1 sin
Do đó: 2 2sin 2 1sin sin sin 2 a 2 v =bb+b =R +R =R +
Hình 3.6 Đồ thị vận tốc v = f (α)
Giải gia tốc của Piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp TôLê Cách tiến hành cụ thể như sau:
- Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc
- Trên trục Ox lấy đoạn thẳngAB= =S 2R=2.41,8 83, 6 (= mm)
• Từ A dựng đoạn thẳng AC = J max = R 2 (1+) (3.9)
• Từ B dựng đoạn thẳng BD=J min = −R 2 (1−) (3.10) + Nối C với D, đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E
- LấyEF = −3 R 2 Nối CF và DF, phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4 , và 1’, 2’, 3’, 4’, như trên hình 3.7
- Nối 11’, 22’, 33’, 44’, Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số: j = f x ( )
Hình 3.7 Giải gia tốc bằng phương pháp TôLê
- Chọn giá trị biểu diễn: max ( ) ax 2 ( 2 ) max
- Do đó giá trị biểu diễn:
Dùng phương pháp TôLê ta có đồ thị như hình 3.8
Hình 3.8 Đồ thị gia tốc j = f(x)
3.1.5 Đồ thị lực quán tính -P j
Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau:
- Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: 0, 0265 2
- Ta có lực quán tính P j = -m.j -P j = m.j do đó thay vì vẽ P j ta vẽ - P j lấy trục hoành đi qua p o của đồ thị công vì đồ thị -P j là đồ thị j = f(x) có tỷ lệ xích khác mà thôi và trục tung biểu diễn giá trị P j Nên có thể áp dụng phương pháp TôLê để vẽ đồ thị -P j = f(x)
- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -P j với đồ thị công thì -P j phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -P j = f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston Tức là thay:
+ Ta xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:
• m’ - Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến
• m npt = 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm Piston
• m tt = 0,7 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền
• m 1 - Khối lượng nhóm thanh truyền qui về tâm chốt khuỷu
• m 2 - Khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu to
Theo công thức kinh nghiệm:
= + Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích của một đỉnh piston:
= = Áp dụng công thức tính lực quán tính: p j = − m j , ta có:
- Để có thể cộng đồ thị lấy trục p 0 làm trục hoành cho đồ thị -P j
3.1.5.2 Đồ thị lực quán tính
- Giá trị biểu diễn của:
3.1.6 Đồ thị khai triển P kt , P j , P 1 - α
3.1.6.1 Vẽ P kt - α Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành:
- Đồ thị p kt − được vẽ bằng cách khai triển P theo từ đồ thị công trong 1 chu trình của động cơ Để được p kt − ta đặt trục hoành của đồ thị mới ngang với trục chứa giá trị p 0 ở đồ thị công Làm như vậy bởi vì áp suất khí thể : p kt = p - p 0
- Chọn tỉ lệ xích: = 2(độ/mm). p = 0, 0265 ( MN m mm / 2 )
- Dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có áp suất theo giá trị
- Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả
- Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ p-α Từ các điểm chia tương ứng 0 o , 10 o , 20 o ,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằng đường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α
Hình 3.10 Cách khai triển P kt
- Đồ thị − p J = f ( ) x biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ động cơ
- Khai triển đường p J = f ( ) x thành p J = f ( ) cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa độ cách vẽ giống cách khai triển đồ thị công nhưng giá trị của điểm tìm được ứng với chọn trước lại được lấy đối xứng qua trục O, bởi vì đồ thị trên cùng trục tạo độ với đồ thị công là đồ thị -p j
- Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục toạ độ với đồ thị công nhưng -p j được vẽ trên trục có áp suất p 0
- p 1 được xác định theo công thức: p 1 = p kt + p j
- Do đó p 1 được vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị
Sơ đồ tính toán
Hình 3.15 Sơ đồ các lực tác dụng lên cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền
Các lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền:
- Pkt: lực khí thể tác dụng lên các piston:
- P jpt : lực quán tính của các piston: P jpt = m J pt pt [MN/m 2 ] (3.30)
- P tt : lực quán tính tác dụng lên khối lượng chuyển động tịnh tiến của thanh truyền
- P k : lực quán tính chuyển động quay của thanh truyền
- C: lực quán tính chuyển động quay má khuỷu có khối lượng qui về tâm chốt khuỷu
- D: lực quán tính của đối trọng lắp trên trục khuỷu
- Z: phản lực pháp tuyến các gối trục
Bỏ qua các điền kiện:
• Lực ma sát tại các khớp quay
• Lực ngang của piston tác dụng lên xy lanh
Sau khi tính toán động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ B6, ta xác định được các lực do hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu để phục vụ cho việc tính toán sức bền của cơ cấu
+ Lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên nắp xilanh, lên thân máy và lên piston
+ Hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng trên chốt piston, sản sinh ra lực đẩy thanh truyền, nhưng đồng thời cũng tác dụng trên ổ trục và trên thân máy từ đó tạo nên giá trị ứng suất
+ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến tác dụng lên ổ trục, trên chốt khuỷu và trên chốt piston; lực quán tính chuyển động quay là một hằng số luôn tác dụng trên ổ trục của trục khuỷu
Tuổi thọ của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu vì vậy trong đề tài này em chỉ tính toán bền cho trục khuỷu Tính toán bền trục khuỷu thực chất là kiểm tra sự lựa chọn hợp lý các kích thước của trục khuỷu Do
Trang 60 điều kiện tính toán không thể tính cho tất cả các trường hợp của trục khuỷu, mà chỉ chọn ra những trường hợp nguy hiểm nhất để tính cho trục khuỷu
Trục khuỷu có thể xảy ra nguy hiểm nhất ở các trường hợp chịu tải trọng sau:
• Trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Z max
• Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất T max
• Trường hợp chịu lực ∑T max
• Trường hợp chịu lực P ttmax
3.2.1 Các giá trị lực của trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Zmax
Trong trường hợp này vị trí tính toán là α= α Zmax
Góc αZmax xác định trên đồ thị Z=f (α) ta được αZmax70 o
Căn cứ vào đồ thị T ta có thể xác định trị số T ở các góc quay α
Bảng 3.5 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu Z max α [ o ] 370 o 550 o 10 o 190 o
Do đó ta có thể xác định được trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Zmax bằng phương pháp lập bảng sau:
Bảng 3.6 Trị số ∑T i-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Z max α [ o ] 370 o 550 o 10 o 190 o
∑Ti-1= -1 -0,22 Nhìn vào bảng trên ta thấy khuỷu thứ 1 ngoài viêc chịu lực Zmax mà còn chịu thêm lực ∑Ti-1 lớn nhất
Từ đó ta suy ra được bảng giá trị tính sau:
Bảng 3.7 Trị số α, P kt và J ở các xilanh trong trường hợp chịu Z max
Xy lanh Xy lanh 1 Xy lanh 2 Xy lanh 3 Xy lanh 4 α [ o ] 370 o 550 o 10 o 190 o
Pkt [MN/m 2 ] Pkt1= 4,28 Pkt2= 0,07 Pkt3= -0,02 Pkt4= -0,02
3.2.2 Các giá trị của trường hợp lực tiếp tuyến lớn nhất T max
Trong trường hợp này vị trí tính toán là α = α Tmax Góc α Tmax xác định trên đồ thị T
=f (α) ta được α Tmax = 680 o Căn cứ vào đồ thị T= f(α) ta có thể xác định trị số T ở các góc quay α
Bảng 3.8 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu T max α [ o ] 680 o 140 o 320 o 500 o
Do đó ta có thể xác định được trị số ∑T i-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực T max bằng phương pháp lập bảng sau:
Bảng 3.9 Trị số ∑T i-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực T max α [ o ] 680 o 140 o 320 o 500 o
∑Ti-1= 2,6 0,77 Nhìn vào bảng trên ta thấy khuỷu thứ 4 ngoài viêc chịu lực T max mà còn chịu thêm lực ∑T i-1 lớn nhất
Từ đó ta suy ra được bảng giá trị tính sau:
Bảng 3.10 Trị số α, P kt và J ở các xilanh trường hợp chịu T max
Xy lanh Xy lanh 1 Xy lanh 2 Xy lanh 3 Xy lanh 4 α [ o ] 320 o 500 o 680 o 140 o
Pkt [MN/m 2 ] Pkt1= 0,01 Pkt2= -0,02 Pkt3= 0,26 Pkt4= 0,52
3.2.3 Các giá trị của trường hợp lực ∑Tmax
Trong trường hợp này vị trí tính toán là α = α∑Tmax Góc αTmax xác định trên đồ thị ∑T=f (α) ta được α∑Tmax= 130 o Căn cứ vào đồ thị T= f(α) ta có thể xác định trị số T Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu ∑Tmax α [ o ] 130 o 310 o 490 o 670 o
Do đó ta có thể xác định được trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Tmax bằng phương pháp lập bảng sau:
Bảng 3.11 Trị số ∑T i-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực ∑T max α [ o ] 130 o 310 o 490 o 670 o
∑Ti-1= 3,1 0,86 Nhìn vào bảng trên ta thấy khuỷu thứ 4 chịu lực ∑Ti-1 lớn nhất Từ đó ta suy ra được bảng giá trị tính sau:
Bảng 3.12 Trị số α, P kt và J ở các xilanh trường hợp chịu ∑T max
Xy lanh Xy lanh 1 Xy lanh 2 Xy lanh 3 Xy lanh 4 α [ o ] 490 o 670 o 130 o 310 o
Pkt [MN/m 2 ] Pkt1= 0,01 Pkt2= -0,02 Pkt3= 0,29 Pkt4= 0,33
3.2.4 Các giá trị của trường hợp lực của trường hợp P ttmax
Trong trường hợp này vị trí tính toán là α= α Pttmax
Góc αPttmax xác định từ kết quả tính toán (bảng 2) ta được αPttmax= 510 o
Ta có thể xác định trị số Pttmax ở các góc quay α như sau:
Bảng 3.13 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu P ttmax α [ o ] 510 o 690 o 150 o 330 o
Từ đó ta suy ra được bảng giá trị tính sau:
Bảng 3.14 Trị số α, P kt và J ở các xilanh trường hợp chịu P ttmax
Xy lanh Xy lanh 1 Xy lanh 2 Xy lanh 3 Xy lanh 4 α [ o ] 510 o 690 o 150 o 330 o
Pkt [MN/m 2 ] Pkt1= 0,22 Pkt2= 0,27 Pkt3= -0,02 Pkt4= 0,78
Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu
Theo quan điểm sức bền vật liệu, trục khuỷu là dầm siêu tĩnh đặt trên nền đàn hồi (do thân máy biến dạng)
Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và tính sức bền động Do trục khuỷu là dầm siêu tĩnh nên khi tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm giữa hai gối tựa là hai ổ trục Thông thường, mỗi đoạn đó là một khuỷu Khi tính toán ta sẽ phải xét khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính cho khuỷu đó
• Trục khuỷu có độ cứng tuyệt đối
• Không xét đến biến dạng thân máy
• Không tính đến liên kết khi chịu các lực (xét từng khuỷu theo kiểu phân đoạn)
• Tính toán theo sức bền tĩnh
• Khi xét đến sức bền động sử dụng các hệ số an toàn, trên cơ sở hệ lực độc lập trên các khuỷu, trừ mô men
3.3.2 Thu nhập thông số đầu vào
Bảng 3.15 Bảng dữ liệu 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 25 mm
2 Chiều rộng của má hình chữ nhật h 119,978 mm
3 Khoảng cách giữa 2 tâm cổ khuỷu l 0 102 mm
4 Khoảng cách từ tâm 2 cổ khuỷu tới đường trung trực của chốt khuỷu l = l 51 mm
5 Chiều dày của má hình chữ nhật b 17 mm
6 Khoảng cách từ tâm má khuỷu tới tâm cổ trục b = b 25 mm
Khoảng cách giữa tâm 2 đối trọng với đường trung trực của chốt khuỷu c = = c c 25 mm
9 Khoảng cách từ trọng tâm má khuỷu đến tâm quay r mk 30 mm
10 Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay r dt 15 mm
11 Khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của má khuỷu r 20 mm
12 Khối lượng của chốt khuỷu m ch 0,2 kg
13 Khối lượng ly tâm của má khuỷu m mk 0,2 kg
14 Khối lượng đối trọng m dt 1 kg
15 Khối lượng nhóm piston m np 1,002 kg
16 Khối lượng thanh truyền m tt 0,979 kg
17 Đường kính ngoài của chốt khuỷu d ch 45 mm
18 Đường kính ngoài của cổ khuỷu d ck 50 mm
19 Áp suất khí thể p z max 53 bar
Hình 3.16 Sơ đồ các lực tác dụng lên trục khuỷu
- ,T Z: Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng trên chốt khuỷu (MN)
-P P r 1 , r 2 : Lực quán tính ly tâm của má khuỷu và của đối trọng (MN)
-C C 1 , 2 : Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu và khối lượng thanh truyền (MN)
- Z Z , : Các phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng khuỷu (MN)
- ,T T : Phản lực gối tựa nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu (MN)
-M M k , K : mômen xoắn tại cổ trục bên trái và bên phải của trục khuỷu tính toán (MN.m)
: tổng các lực tiếp tuyến của các khuỷu đứng trước khuỷu tính toán
Người ta giả thiết rằng ứng suất lớn nhất tác dụng trên khuỷu nguy hiểm có thể xảy ra trong các trường hợp sau:
+ Trường hợp 1 : Chịu lực P tt max khi khởi động
+ Trường hợp 2 : Chịu lực Z m ax khi làm việc
+ Trường hợp 3 : Chịu lực T max khi làm việc
+ Trường hợp 4 : Chịu lực T max
Trong thực tế vận hành của động cơ lực tác dụng trong trường hợp 1 bao giờ cũng lớn hơn trường hợp 2 và lực tác dụng lên trục khuỷu trong trường hợp 3 bao giờ cũng lớn hơn trường hợp 4 Vì vậy ta chỉ tính nghiệm bền ở hai trường hợp 1 và 3
3.3.3 Trường hợp chịu lực P tt max khi làm việc Đây là trường hợp khởi động Do tốc độ của động cơ còn nhỏ nên ta có thể bỏ qa ảnh hưởng của lực quán tính khi đó lực tác dụng chỉ còn lại lực do áp suất lớn nhất của khí thể trong xilanh p tt max Giả thiết lúc đó lực xuất hiện tại điểm chết trên (chỉ gần đúng)
Hình 3.17 Chịu lực P tt max khi làm việc
Tính toán trường hợp khởi động là tính toán gần đúng với giả thuyết: Trục khuỷu ở vị trí điểm chết trên (α =0)
Bỏ qua lực quán tính (do số vòng quay khi khởi động nhỏ ) và lực tác dụng trên khuỷu có trị số lớn nhất P tt max (trong thực tế khi khởi động không bao giờ mở hết bướm ga (của động cơ xăng) hoặc kéo hết thanh răng khía (của động cơ diezel) nên lực tác dụng thường nhỏ hơnP tt max )
- Do đó lực tác dụng lên trục khuỷu sẽ là:
- Các phản lực xác định theo công thức (do trục khuỷu hoàn toàn đối xứng):
3.3.3.1 Tính nghiệm bền của chốt khuỷu, mô men uốn chốt khuỷu
- Momen uốn chốt khuỷu (tính đối với tiết diện giữa các chốt) bằng:
- Do đó ứng suất uốn chốt khuỷu là:
Trong đó: W u : mô đun chống uốn của tiết diện ngang chốt Vì chốt là chốt đặc:
= = = Đối với trục khuỷu động cơ được làm bằng thép hợp kim nên [ u ] 120 ( = MN m / 2 )
3.3.3.2 Tính nghiệm bền của má khuỷu
Lực pháp tuyến Z gây uốn và nén tại A-A
- Ứng suất uốn má khuỷu:
- Ứng suất nén má khuỷu:
- Ứng suất tổng khi chịu uốn và nén là :
Do vậy má khuỷu đủ độ bền
3.3.3.3 Tính nghiệm bền của cổ trục
- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu:
Vì chốt là chốt đặc nên: W u = 0,1 d ck 3 = 0,1.(50.10 ) − 3 3 = 12, 5.10 − 6 ( m 3 )
- Trong thực tế, do momen tác dụng trên cổ trục trong trường hợp này thường nhỏ hơn nhiều so với momen uốn chốt khuỷu nên thường không cần tính sức bền của cổ trục
3.3.4 Trường hợp chịu lực Z max khi làm việc
Lực tác dụng Z max xác định theo công thức:
- Với m: Khối lượng chuyển động tịnh tiến cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (kg)
- Ta có : Khối lượng thanh truyền phân bổ về tâm chốt khuỷu:
- Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu:
Chọn m 2 =0, 65 kg Suy ra m = m 1 + m np = 0, 3 1, 002 1, 302 ( + = kg )
C 1: Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu
C 2: Lực quán tính ly tâm của khối lượng thanh truyền qui về đầu to
Hình 3.18 Sơ đồ tính toán trục khuỷu trong trường hợp Z max b' b'' l 0 l'
Lực tác dụng (khi có xét đến ảnh hưởng của lực quán tính) Z max xác định theo công thức:
Do vậy các lực tác dụng lên trục khuỷu bao gồm:
P P là các lực quán tính ly tâm của má khuỷu và đối trọng
- Phản lực tại gối Z: ( c = c và b = b )
- Phản lực tại gối Z: ( c = c và b = b )
- Khi trục khuỷu đối xứng
3.3.4.1 Xác định khuỷu nguy hiểm
Việc xác định khuỷu nguy hiểm ta đã thống kê và tính trước đó ở phần 3.2.1 Các giá trị của trường hợp lực pháp tuyến lớn nhất Z max của mục 3.2 “Sơ đồ tính toán”
3.3.4.2 Tính nghiệm bền của chốt khuỷu
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng trục khuỷu (coi như khuỷu đối xứng):
= = - Ứng suất xoắn chốt khuỷu:
= = − = = − − Trong đó Wk là mô dun chống xoắn của chốt: W k =2.W u
- Ứng suất uốn tổng chịu uốn xoắn:
3.3.4.3 Tính nghiệm bền của cổ trục khuỷu
- Ứng suất uốn tác dụng lên cổ khuỷu do lực pháp tuyến Z gây ra:
= = = − − - Ứng suất xoắn cổ trục khuỷu:
= = − = = − − - Ứng suất uốn tổng tác dụng lên cổ trục:
3.3.4.4 Tính nghiệm bền của má khuỷu
- Ứng suất nén má khuỷu:
= − − − − - Ứng suất uốn quanh trục x-x:
- Ứng suất uốn quanh trục y-y:
- Ứng suất tổng khi chịu uốn và nén:
3.3.5 Trường hợp chịu lực T max khi làm việc
3.3.5.1 Xác định khuỷu nguy hiểm
Trong trường hợp này vị trí tính toán là = Tmax
Góc Tmax xác định trên đồ thị T = f () ta được Tmax = 680 o
Hình 3.19 Sơ đồ tính toán trục khuỷu trong trường hợp T max b' b'' l 0 l'
3.3.5.2 Tính nghiệm bền của chốt khuỷu
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng trục khuỷu (quanh trục x-x):
= = - Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng trục khuỷu (quanh trục y- y): y y u u uy uy
= = - Ứng suất uốn tổng cộng tác dụng lên chốt khuỷu:
= + = + - Ứng suất xoắn chốt khuỷu:
= = − + = = − − − - Ứng suất uốn tổng chịu uốn xoắn:
3.3.5.3 Tính nghiệm 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):
Tính cho cổ trục bên phải vì chịu tải nặng hơn cổ trục bên trái
- Ứng suất uốn tác dụng lên cổ khuỷu do lực pháp tuyến Z gây ra:
= = = − − - Ứng suất uốn tác dụng lên cổ khuỷu do lực T gây ra trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu:
= = = − − − - Ứng suất uốn tổng tác dụng lên cổ trục khuỷu:
= + = + - Ứng suất xoắn cổ trục khuỷu:
= = − + = = − − − - Ứng suất uốn tổng chịu uốn xoắn:
3.3.5.4 Tính nghiệm bền của má khuỷu
Ta tính nghiệm bền má khuỷu bên phải và má này thường chịu lực lớn hơn má bên trái
- Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Zgây ra:
- Ứng suất uốn do lực quán tính ly tâmP r 2 gây ra:
- Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T gây ra:
Với r là khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của má
Hình 3.20 Sơ đồ mặt cắt má khuỷu
- Ứng suất uốn do lực M k gây ra:
- Ứng suất xoắn do lực tiếp tuyến T gây ra ( W k là mô men chống xoắn)
Do tiết diện má khuỷu dạng chữ nhật, ứng suất xoắn tại các điểm khác nhau:
• Điểm III,IV có k = k min =g 2 k max (g g 1 , 2 là hệ số ứng suất phụ thuộc tỷ số h b
Các hệ số g1 và g2 phụ thuộc vào tỉ số h/b như hình dưới:
Hình 3.21 Các hệ số g 1 và g 2
Từ trên hình vẽ ta có : g1 = 0,29, g2 =0,75 max
- Ứng suất nén má khuỷu do lực phương pháp tuyến do Z là:
= − = − − − − Bảng 3.16 Xét dấu ứng suất tác dụng trên má khuỷu: (nén + ; kéo - ) Điểm ứng suất 1 2 3 4 I II III IV n 3,99
Căn cứ vào bảng tính ứng suất ta thấy i tại các điểm 1,2,3,4 ,I,II,III,IV bằng cách cộng theo cột dọc (theo dấu) như sau: i nZ uZi uri uTi uMi
được tính theo công thức sau :
= = = = - Ứng suất tổng tại các điểm I,II là:
= + = + = + = − + - Ứng suất tổng tại các điểm III,IV là:
= + = − + = + = + Các giá trị tổng Ii = 40 [ ] = 18 ( 0 MN m / 2 ) do vậy má khuỷu đủ bền
MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 3D CHO CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU -
Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D CATIA V5R21
Phần mềm này được viết vào cuối những năm 1970 và đầu 1980 để phát triển máy bay chiến đấu Mirage của Dassault, sau đó được áp dụng trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đóng tàu, và các ngành công nghiệp khác
Hình 4.1 Biểu tượng của phần mềm CATIA
Bắt đầu từ những năm đầu của thập kỷ 1970, Avions Marcel Dassault, tập đoàn sản xuất máy bay danh tiếng của Pháp, đã đứng trước một thách thức lớn - cần một giải pháp hiện đại để nâng cấp quá trình thiết kế máy bay của họ Thời điểm đó, họ sử dụng phần mềm CADAM CAD của IBM, nhưng họ quyết định tự phát triển một công cụ mạnh mẽ và tương tác hơn để thúc đẩy sự sáng tạo và tăng cường hiệu suất trong thiết kế kỹ thuật
Sự bắt đầu của CATIA đã đánh dấu một chương mới trong lịch sử thiết kế kỹ thuật Việc phát triển phần mềm này không chỉ đơn thuần là một cuộc cách mạng trong ngành hàng không, mà còn mở ra cơ hội cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau để tận dụng công nghệ 3D và máy tính trong việc tạo ra và quản lý sản phẩm Thành tựu của CATIA đã tạo nên một tiền lệ quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp và công nghệ trên khắp thế giới
4.1.1 Một số chức năng trong phần mềm CATIA V5R21
Với CATIA, chúng ta có thể thực hiện mọi thứ, từ thiết kế mô hình CAD đến sản xuất dựa trên cơ sở CAM (Computer-Aided Manufacturing) Nó không chỉ là một công
Trang 80 cụ thiết kế; nó là một trợ thủ đáng tin cậy trong việc tối ưu hóa quy trình công việc và nâng cao hiệu suất trong các ngành công nghiệp đa dạng như xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và ngay cả trong lĩnh vực công nghiệp hàng không
Một trong những điểm mạnh đặc biệt của CATIA là khả năng phân tích tính toán và tối ưu hóa lời giải thông qua chức năng CAE (Computer-Aided Engineering) Điều này có nghĩa là chúng ta có thể áp dụng các phân tích kỹ thuật, từ kiểm tra tính độ cứng đến mô phỏng động học, để đảm bảo rằng sản phẩm hoạt động đúng cách và đáp ứng được các yêu cầu chất lượng và an toàn
Hình 4.2 Mô phỏng sản phẩm 3D trên phần mềm Catia V5R21
❖ Môi trường thiết kế kỹ thuật (Mechanical Design)
Hình 4.3 Giao diện làm việc trong môi trường thiết kế kỹ thuật
Môi trường Mechanical Design sẽ giúp tạo mô hình 3D của các bộ phận và sản phẩm bằng cách sử dụng các tính năng như extrude, revolve, sweep, và nhiều công cụ khác để tạo ra hình dạng và chi tiết của sản phẩm Môi trường này cho phép tạo và xử lý các kết hợp bộ phận, lắp ráp và kiểm tra tính toàn vẹn của sản phẩm
Có thể tạo bản vẽ kỹ thuật chi tiết để sản xuất và gia công sản phẩm Đảm bảo rằng sản phẩm sẽ được sản xuất theo đúng thiết kế ban đầu và đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng và độ chính xác
❖ Môi trường thiết kế hình dáng và kiểu dáng (Shape design and styling) Đây là một môi trường dành riêng cho việc tạo ra các bề mặt phức tạp và các mô hình có tính thẩm mỹ cao Khả năng tối ưu hóa các bề mặt của sản phẩm để đảm bảo tính liền mạch và độ chính xác trong thiết kế
Môi trường này cho phép tạo ra các hình ảnh tương tác và hấp dẫn để hiển thị sản phẩm trong không gian phối cảnh, giúp truyền đạt ý tưởng và thiết kế của mình một cách rõ ràng Ngoài ra, còn có thể tái lập nhanh cấu trúc của bề mặt một cách chi tiết chân thật
Hình 4.4 Sản phẩm mô phỏng trong môi trường thiết kế hình dáng và kiểu dáng
❖ Môi trường mô hình hóa vật thể (Catia solids geometry)
Người dùng có khả năng tạo mới và chỉnh sửa các solids để tạo ra hình dạng và kết cấu mong muốn Các công cụ trong môi trường Solids Geometry giúp thực hiện các thao tác như cắt, nối, xoay, và biến đổi để tạo ra hình thể cụ thể
Solids Geometry cũng được sử dụng để thực hiện các phân tích và mô phỏng, như tính toán khối lượng, tọa độ trọng tâm, tính toán tính chất cơ học của chi tiết
Solids Geometry thường được tích hợp chặt chẽ với các môi trường khác trong CATIA như Surface Design (thiết kế bề mặt) và Assembly Design (thiết kế lắp ráp) để tạo ra mô hình hoàn chỉnh của sản phẩm
Hình 4.5 Mô phỏng mô hình hóa 3D của vật thể
Hình 4.6 Mô phỏng mô hình hóa 3D động học của sản phẩm
❖ Môi trường mô phỏng cơ học chuyển động (Catia kinematics) Được sử dụng để mô phỏng và phân tích chuyển động của các bộ phận trong sản phẩm hoặc cơ cấu máy móc, giúp kỹ sư và thiết kế viên hiểu rõ cách các bộ phận tương tác với nhau trong quá trình chuyển động Điều này giúp chúng ta xem xét cách các bộ phận tương tác và di chuyển trong thực tế Nó cung cấp khả năng phân tích kết hợp chuyển động của nhiều bộ phận khác nhau
❖ Môi trường xuất hình ảnh cho mô hình sản phẩm (Catia image design) Để tạo ra hình ảnh 3D của một sản phẩm mới, ta có thể sử dụng Catia để tạo mô hình 3D của sản phẩm đó, áp dụng các vật liệu, ánh sáng và các hiệu ứng khác để tạo ra hình ảnh chất lượng cao của sản phẩm đó Điều này giúp cho việc hiển thị và trình bày sản phẩm trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn
❖ Môi trường tính toán và phân tích phần tử hữu hạn (Catia finite element modeller)
Quy trình mô phỏng mô hình 3D cho cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6
Hình 4.21 Sơ đồ quy trình thiết kế 4.2.1 Mô phỏng 3D của chi tiết piston
Căn cứ theo số liệu của piston có được trên động cơ B6 ta tiến hành thực hiện các bước xây dựng mô hình 3D
❖ Bước 1: Vào CATIA khi giao diện mở lên ta nhấn Ctrl -> N và chọn Part (thuộc môi trường Part Design) để bắt đầu dựng 3D Trong môi trường này ta nhấn chọn
Trang 92 lệnh tạo tạo sketch 1 trong mặt phẳng XY và thực hiện tiếp việc vẽ các biên dạng 2D
❖ Bước 2: Sau khi tạo sketch 1 và dựng các nét vẽ 2D xong ta tiếp tục sử dụng các lệnh phục vụ việc xây dựng 3D Đó là sử dụng lệnh Shaft tạo khối 3D dựa trên sketch 1, lệnh này sẽ thực hiện lệnh quay điều với góc 360 0 tạo thành khối hình trụ tròn
❖ Bước 3: Khi hoàn thành cơ bản khối 3D, tiếp tục tạo mặt lõm hai bên chốt piston Để tạo mặt lõm hai bên chốt piston, chúng ta có thể sử dụng lệnh "pocket"
❖ Bước 4: Hoàn thành xong việc tạo lõm, ta tiếp tục tạo lỗ hai bên để lắp chốt piston bằng cách vẫn sử dụng lệnh pocket
❖ Bước 5: Tiếp theo sẽ là việc tạo giá lắp ở hai bên cho chốt piston, phương pháp đó là bằng cách sử dụng lệnh pad
❖ Bước 6: Tạo sketch 5 với biên dạng mép cần vát 2 bên, sử dụng bằng lệnh Pocket theo biên dạng như hình
❖ Bước 7: Tạo sketch 6 với kích thước có đường kính là đường kính 23mm và với độ sâu 1.5 mm và chọn lệnh Pocket để tạo vòng hảm chốt piston
❖ Bước 8: Tạo sketch 8 có biên dạng đường kính là 2mm và sử dụng lệnh Hole để tiến hành tạo lỗ và dùng lệnh để tạo 8 lỗ dầu bôi trơn
❖ Bước 9: Bo cung các cạnh của piston với bán kính 5mm ta sử dụng lệnh Adge Fillet Sau khi hiệu chỉnh các bề mặt ta được chi tiết piston hoàn chỉnh
Hình 4.22 Hình vẽ mô phỏng 3D chi tiết piston hoàn chỉnh
4.2.2 Mô phỏng 3D của chi tiết trục khuỷu
Căn cứ theo số liệu của trục khuỷu có được trên động cơ B6 ta tiến hành thực hiện các bước xây dựng mô hình 3D
❖ Bước 1: Tạo sketch 1 là cổ trục khuỷu với biên dạng hình tròn có dường kính DPmm và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 24 mm
❖ Bước 2: Tạo sketch 2 với biên dạng là đối trọng như bên dưới và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 17 mm
❖ Bước 3: Tạo sketch 3 với biên dạng là chốt khuỷu sử dụng lệnh Pad để tạo khối như hình và nhập chiều cao là 22mm
❖ Bước 4: Tạo sketch 4 với biên dạng là má khuỷu, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 17 mm
❖ Bước 5: Tạo sketch 5 với biên dạng tiếp tục là cổ trục khuỷu như bên dưới, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 22 mm
❖ Bước 6: Tạo sketch 6 với biên dạng tiếp tục là má khuỷu, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 17 mm
❖ Bước 7: Tạo sketch 7 với biên dạng tiếp tục là chốt khuỷu như bên dưới, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 22mm
❖ Bước 8: Tạo sketch 8 với biên dạng là đối trọng nhưng đối xứng với ban đầu, thực hiện sau chép biên dạng nét vẽ trước đó và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 17 mm
❖ Bước 9: Tạo sketch 9 với biên dạng tiếp tục là cổ trục khuỷu như bên dưới, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và nhập chiều cao là 22 mm
❖ Bước 10: Sau khi vẽ được nữa biên dạng của trục khuỷu, ta chỉ cần sử dụng lệnh
Mirror lấy đối xứng ta sẽ được mô hình 3D như hình bên dưới với chiều dài là 438mm
❖ Bước 11: Tạo sketch 10 với biên dạng là hình tròn có đường kính D = 43 mm, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và cũng sử dụng lệnh Pad để tạo khối và chiều cao là 17 mm
❖ Bước 12: Tạo sketch 11 với biên dạng là hình tròn đường kính D = 40 mm, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và chiều cao là 45 mm
❖ Bước 13: Tạo sketch 12 với biên dạng là mặt bích để lắp bánh đà vào có đường kính D = 45mm, thực hiện ràng buộc kích thước cố định sau cho các đường vẽ là màu xanh và sử dụng lệnh Pad để tạo khối và chiều cao là 20mm
❖ Bước 14: Tạo 1 lỗ ren để lắp bu lông mặt bích trục khuỷu bằng lệnh hole với kích thước ren M8x1.2 sau đó dùng lệnh Circular để tạo 5 lỗ còn lại giúp cho việc tạo lỗ nhanh hơn và dễ chỉnh sửa hơn
PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG ĐỘ BIẾN DẠNG CỦA CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM CATIA
Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau
Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến những bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ trường,… Để có thể khai thác hiệu quả những phần mềm PTHH hiện có hoặc tự xây dựng lấy một chương trình tính toán bằng PTHH, ta cần phải nắm được cơ sở lý thuyết, kỹ thuật mô hình hoá cũng như các bước tính cơ bản của phương pháp
5.1.2 Xấp xỉ bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Giả sử V là miền xác định của một đại lượng cần khảo sát nào đó (chuyển vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.) Ta chia V ra nhiều miền con v e có kích thước và bậc tự do hữu hạn Đại lượng xấp xỉ của đại lượng trên sẽ được tính trong tập hợp các miền v e Phương pháp xấp xỉ nhờ các miền con v e được gọi là phương pháp xấp xỉ bằng các phần tử hữu hạn, nó có một số đặc điểm sau:
Xấp xỉ nút trên mỗi miền con v e chỉ liên quan đến những biến nút gắn vào nút của v e và biên của nó Các hàm xấp xỉ trong mỗi miền con v e được xây dựng sao cho chúng liên tục trên v e và phải thoả mãn các điều kiện liên tục giữa các miền con khác nhau Các miền con v e được gọi là các phần tử
5.1.3 Định nghĩa các phần tử hữu hạn
Nút hình học là tập hợp n điểm trên miền V để xác định hình học các PTHH Chia miền V theo các nút trên, rồi thay miền V bằng một tập hợp các phần tử v e có dạng đơn giản hơn Mỗi phần tử v e cần chọn sao cho nó được xác định giải tích duy nhất theo các
Trang 113 toạ độ nút hình học của phần tử đó, có nghĩa là các toạ độ nằm trong v e hoặc trên biên của nó
5.1.3.2 Qui tắc chia miền thành các phần tử
Việc chia miền V thành các phần tử v e phải thoả mãn hai qui tắc sau:
Hai phần tử khác nhau chỉ có thể có những điểm chung nằm trên biên của chúng Điều này loại trừ khả năng giao nhau giữa hai phần tử Biên giới giữa các phần tử có thể là các điểm, đường hay mặt (Hình 5.1)
Tập hợp tất cả các phần tử v e phải tạo thành một miền càng gần với miền V cho trước càng tốt Tránh không được tạo lỗ hổng giữa các phần tử
Hình 5.1 Các dạng biên chung giữa các phần tử 5.1.4 Các phần tử hữu hạn
Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử một chiều, hai chiều, ba chiều Trong mỗi dạng đó, đại lượng khảo sát có thể biến thiên bậc nhất (gọi là phần tử bậc nhất), bậc hai, bậc ba v.v Dưới đây, chúng ta làm quen với một số dạng phần tử hữu hạn hay thường gặp
5.1.4.1 Dạng phần tử hữu hạn một chiều
5.1.4.2 Dạng phần tử hữu hạn hai chiều
5.1.4.3 Dạng phần tử hữu hạn ba chiều
❖ Phần tử tứ diện (có bốn mặt)
❖ Phần tử lăng trụ (có sáu mặt)
5.1.5 Lực, chuyển vị, biến dạng và ứng suất
Có thể chia lực tác dụng ra ba loại và ta biểu diễn chúng dưới dạng véctơ cột:
Chuyển vị của một điểm thuộc vật được ký hiệu bởi: u = [u, v, w] T (5.1)
Các thành phần của tenxơ biến dạng được ký hiệu bởi ma trận cột:
= [ x , y , z , yz , xz , xy ] T (5.2) Trường hợp biến dạng bé:
Các thành phần của tenxơ ứng suất được ký hiệu bởi ma trận cột:
= [ x , y , z , yz , xz , xy ] T (5.4) Với vật liệu đàn hồi tuyến tính và đẳng hướng, ta có quan hệ giữa ứng suất với biến dạng:
= D. (5.5) Trong đó: E là môđun đàn hồi, là hệ số Poisson của vật liệu
5.1.6 Nguyên lý cực tiểu hóa thế năng toàn phần
Thế năng toàn phần của một vật thể đàn hồi là tổng của năng lượng biến dạng
U và công của ngoại lực tác dụng W:
Với vật thể đàn hồi tuyến tính thì năng lượng biến dạng trên một đơn vị thể tích được xác định bởi: T
Do đó năng lượng biến dạng toàn phần: f
Công của ngoại lực được xác định bởi:
Thế năng toàn phần của vật thể đàn hồi sẽ là:
Trong đó: u là véctơ chuyển vị và P i là lực tập trung tại nút i có chuyển vị là u i Áp dụng nguyên lý cực tiểu thế năng: Đối với một hệ bảo toàn, trong tất cả các di chuyển khả dĩ, di chuyển thực ứng với trạng thái cân bằng sẽ làm cho thế năng đạt cực trị Khi thế năng đạt giá trị cực tiểu thì vật (hệ) ở trạng thái cân bằng ổn định
5.1.7 Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Một chương trình tính bằng PTHH thường gồm các khối chính sau:
Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả nút và phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học của vật liệu (môđun đàn hồi, hệ số dẫn nhiệt ), các thông tin về tải trọng tác dụng và thông tin về liên kết của kết cấu (điều kiện biên)
Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k và véctơ lực nút phần tử f
Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K và véctơ lực nút F chung cho cả hệ (ghép nối phần tử)
Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma trận độ cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F
Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị chung Khối 6: Tính toán các đại lượng khác (ứng suất, biến dạng, gradiên nhiệt độ, v.v.)
Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết quả và in kết quả, vẽ các biểu đồ, đồ thị của các đại lượng theo yêu cầu
Sơ đồ tính toán với các khối trên được biểu diễn như hình sau (Hình 5.3)
Hình 5.2 Sơ đồ khối của chương trình PTHH
Tính toán ma trận độ cứng phần tử k Tính toán véctơ lực nút phần tử f
Giải hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q) Đọc dữ liệu đầu vào
- Các thông số cơ học của vật liệu
- Các thông số hình học của kết cấu
- Các thông số điều khiển lưới
Xây dựng ma trận độ cứng K và véctơ lực chung F Áp đặt điều kiện biên
Tính toán các đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v)
- In các kết quả mong muốn
Xây dựng lưới phần tử
Do tính toán cơ cấu khuỷu trục động cơ B6 là chọn trường hợp trục khuỷu ở trạng thái tỉnh nên ta cần phải áp đặt thêm các cơ cấu thanh truyền – piston để việc tính toán được dễ dàng hơn và đồng thời việc áp đặt điều kiện biên cũng được thực hiện trên nhóm piston.Ta cần tạo các ràng buộc cho các mối liên kết trong cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền đã lắp ghép
5.2.1 Ràng buộc các đối tượng trùng nhau (Coincidence Constraint)
(Mở file: Constraint trong phai *.CATProduct ta cần tính) Coincidence Constraints dùng để đặt các đối tượng trùng nhau Bảng các đối tượng có thể đặt Coincidence Constraints:
Click vào Coincidence Constraint trên thanh công cụ Hoặc vào Insert > Coincidence Sau đó chọn hai đối tượng cần đặt ràng buộc Hộp thoại Constraints Properties xuất hiện
5.2.2 Ràng buộc các đối tượng tiếp xúc với nhau (Contact Constraint)
(Mở file: Constraint trong phai *.CATProduct ta cần tính) Contact Constraint dùng để đặt các đối tượng tiếp xúc với nhau
Bảng các đối tượng có thể đặt Contact Constraint
Click vào Contact Constraint trên thanh công cụ Hoặc vào Insert -> Contact Sau đó chọn hai đối tượng cần đặt ràng buộc Contact Constraint được thực hiện và xuất hiện trên Specification Tree, biểu tượng Contact Constraint xuất hiện trên màn hình
5.2.3 Ràng buộc khoảng cách giữa 2 đối tượng (Offset Constraint)
(Mở file: Constraint trong phai *.CATProduct ta cần tính) Offset Constraint dùng để đặt ràng buộc về khoảng cách giữa hai đối tượng
Bảng các đối tượng có thể đặt Offset Constraint
Click vào Contact Constraint trên thanh công cụ Hoặc vào Insert → Contact Sau đó chọn hai đối tượng cần đặt ràng buộc Hộp thoại Constraints Properties xuất hiện
Nhập các thông số cho hộp thoại: Giống như với lệnh Coincidence
5.2.4 Ràng buộc góc giữa 2 đối tượng song song hoặc vuông góc với nhau (Angle Constraint)
(Mở file: Constraint trong phai *.CATProduct ta cần tính) Angle Constraint dùng để đo góc giữa hai đối tượng, đặt hai đối tượng song song với nhau hoặc đặt hại đối tượng vuông góc với nhau Bảng các đối tượng có thể đặt Angle Constraint:
Click vào Angle Constraint trên thanh công cụ Hoặc vào Insert > Angle Sau đó chọn hai đối tượng cần đặt Constraints Hộp thoại Constraints Properties xuất hiện
Áp đặt điều kiện biên
5.3.1 Tạo ngàm giữ (Creating Clamps)
Trước khi bắt đầu: phải thực hiện bước View -> Render Style -> Customize View và chắc chắn rằng các lựa chọn Shading , Outlines và Material phải được kích hoạt trong hộp thoại Custom View Modes
Click biểu tượng Clamp Hộp thoại Clamp xuất hiện
Thay đổi tên của Clamp trong ô Name
Chọn hình vẽ muốn thực hiện (một bề mặt, một cạnh, một chi tiết thực) Một vài hình vẽ nổi bật lên khi di chuyển con trỏ lên nó
Click OK trong hộp thọai Clamp để tạo ngàm giữ
5.3.2 Tạo áp lực (Creating Pressures) Áp lực là một cường độ tải trọng tiêu biểu được dùng cho những bề mặt hình vẽ mà được biểu diễn bởi hướng của lực tại mọi nơi của bề mặt hình vẽ Đối tượng áp lực thuộc về tải trọng có đơn vị là : N/m 2
Trước khi bắt đầu: phải thực hiện bước View -> Render Style -> Customize View và chắc chắn rằng các lựa chọn Shading , Outlines và Material phải được kích hoạt trong hộp thoại Custom View Modes
Click biểu tượng Pressure Hộp thoại Pressure xuất hiện
Gán một giá trị vô hướng cho áp lực vào ô Pressure Một giá trị thực của áp lực là gán cho vật liệu của bề mặt được chọn Chọn mặt phẳng chịu tác dụng của áp lực (đỉnh piston)
5.3.3 Tạo gia tốc chuyển động của nhóm piston (Acceleration)
Gia tốc chuyển động của nhóm piston đặc trưng cho khối lượng chuyển động khi động cơ đang hoạt động
Gia tốc là một đại lượng tải trọng gồm hướng và độ lớn Đơn vị của gia tốc là : m/s 2
Trước khi bắt đầu: phải thực hiện bước View -> Render Style -> Customize View và chắc chắn rằng các lựa chọn Shading , Outlines và Material phải được kích hoạt trong hộp thoại Custom View Modes
Click biểu tượng Distributed Force Hộp thoại Acceleration xuất hiện
Gán một hệ thống trục tọa độ
Nếu cần thiết hộp thoại hệ thống trục tọa sẽ cho phép chọn hệ thống trục tọa độ Global, Implicit hay User-defined cho trục tọa độ trượt
Global: nếu chọn hệ thống trục tọa độ Global thì hướng của bậc tự do sẽ được biểu diễn tương ứng với trục tọa độ vuông góc cố định
Nhập giá trị X, Y, Z cho hướng của vectơ lực Nhập giá trị -7622,61 m/s 2 cho Z Những giá trị còn lại sẽ được tự động tính toán và thay thế.
Tính toán kết quả
5.4.1 Các giá trị của trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Z max
5.4.1.1 Xây dựng phần tử lưới
Ta cần phải ràng buộc cho các mối liên kết trong cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền đã lắp ghép
❖ Ràng buộc trùng nhau giữa các liên kết:
❖ Ràng buộc góc quay trục khuỷu:
❖ Ràng buộc khoảng cách giữa các đối tượng:
5.4.1.2 Áp đặt điều kiện biên
Việc tính toán được áp dụng cho hầu hết các trường hợp phân tích tĩnh học ( là những vấn đề đặc biệt của các đối tượng cài đặt) Trong trường hợp này, việc tính toán sẽ đưa ra những giải pháp phân tích với những kết quả chi tiết cho tất cả những chi tiết phức tạp được mặc định trong các trường hợp phân tích
Những kết quả tính toán giải pháp tĩnh học căn bản bao gồm vectơ chuyển vị đặc trưng bởi giá trị của hệ thống bậc tự do Kết quả này sẽ tạo ra những kết quả tính toán khác như: ứng suất, phản lực và nhiều đại lượng khác nữa
❖ Tạo liên kết áp lực giữa các đối tượng:
❖ Đặt áp suất khí thể tương ứng với giá trị của từng vị trí piston:
❖ Đặt gia tốc tương ứng với giá trị của từng vị trí piston:
❖ Bắt đầu tính toán, chọn Compute:
Chọn All cho trường hợp phân tích
Những báo cáo sẽ được thay thế trong hộp thoại Computation Resources Estimation Có thể tiếp tục tính toán hay hoãn nó lại
Click Yes để bắt đầu tính toán
Hộp thoại Progress Bar cung cấp một dãy trạng thái báo cáo mà nó báo cho biết mức độ của quá trình tính toán Giải pháp tĩnh học được tính toán và trông thấy
Ngay bây giờ, có thể xuất bảng báo cáo tính toán, nhận thấy những hình ảnh cho những kết quả khác nhau
Hình 5.3 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp Z max
Hình 5.4 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp Z max
Hình 5.5 Kết quả chuyển vị trong trường hợp Zmax
5.4.2 Các giá trị của trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất T max
Hình 5.6 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp Tmax
Hình 5.7 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp T max
Hình 5.8 Kết quả chuyển vị trong trường hợp T max
5.4.3 Các giá trị của trường hợp chịu lực ∑T max
Hình 5.13 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp ∑T max
Hình 5.14 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp ∑T max
Hình 5.15 Kết quả chuyển vị trong trường hợp ∑T max
5.4.4 Các giá trị của trường hợp chịu lực P ttmax
Hình 5.17 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp P ttmax
Hình 5.18 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp P ttmax
Hình 5.19 Kết quả chuyển vị trong trường hợp P ttmax
Đối chiếu với kết quả tính toán kiểm nghiệm
5.5.1 Các giá trị của trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất Z max
+ Ứng suất uốn tổng chịu uốn xoắn của chốt khuỷu: = 140,196 ( MN m / 2 )
+ Ứng suất uốn tổng tác dụng lên cổ trục: = 145, 2 ( MN m / 2 )
+ Ứng suất tổng khi chịu uốn và nén tác dụng lên má khuỷu: 1, 71 (MN m/ 2 )
- Giá trị tính toán trên máy:
+ Ứng suất max: max 3,12 (MN m/ 2 )
+ Ứng suất min: min = 1,39.10 − 4 ( MN m / 2 )
5.5.2 Các giá trị của trường hợp chịu lực lớn nhất T max
+ Ứng suất uốn tổng khi chịu uốn và xoắn của chốt khuỷu: = 41,15 ( MN m / 2 ) + Ứng suất uốn tổng khi chịu uốn và xoắn của cổ trục khuỷu: 7,37 (MN m/ 2 ) + Ứng suất tổng khi chịu uốn và nén tác dụng lên má khuỷu: @ (MN m/ 2 )
- Giá trị tính toán trên máy:
+ Ứng suất max: max E,93 (MN m/ 2 )
+ Ứng suất min: min = 1, 71.10 − 4 ( MN m / 2 )
5.5.3 Các giá trị của trường hợp chịu lực P ttmax
+ Ứng suất uốn của chốt khuỷu: = u 48, 453 (MN m/ 2 )
+ Ứng suất uốn của cổ trục khuỷu: u = 45, 2 ( MN m / 2 )
+ Ứng suất tổng khi chịu uốn và nén tác dụng lên má khuỷu: F, 712 (MN m/ 2 )
- Giá trị tính toán trên máy:
+ Ứng suất max: max S,54 (MN m/ 2 )
+ Ứng suất min: min =2,37.10 − 4 (MN m/ 2 )
Nhận xét
5.6.1.1 Trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Z max
- Trường hợp Zmax bị biến dạng mạnh ở gối khuỷu 1, nguyên nhân là do trong trường hợp này thì tại vị trí cổ khuỷu thứ 1 (xy lanh 1) chịu một áp suất khí thể lớn với giá trị tính được là Pkt = 4,28 [MN/m 2 ]
- Trường hợp Zmax vùng ứng suất hiệu dụng ở chốt khuỷu thứ 1 và má khuỷu bên trái bên phải chịu ứng suất lớn nhất với σ = 153,12 [MN/m 2 ], cũng ở vị trí này sẽ xảy ra nguy hiểm nhất Để khắc phục sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần có phương pháp khắc phục như tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên
5.6.1.2 Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất T max
- Trường hợp Tmax bị biến dạng mạnh ở gối khuỷu thứ 3 và 4 nguyên nhân là do trong trường hợp này thì tại vị trí cổ khuỷu thứ 4 (xy lanh thứ 4) chịu một áp suất khí thể lớn với giá trị tính được là Pkt = 0,52 [MN/m 2 ]
- Trường hợp Tmax vùng ứng suất hiệu dụng tại ở chốt khuỷu 1 và 4, má khuỷu bên trái bên phải hai khuỷu này chịu ứng suất lớn, đặc biệt tại chốt khuỷu 4 chịu ứng suất lớn nhất σ = 45,93 [MN/m 2 ], cũng ở vị trí này sẽ xảy ra nguy hiểm nhất Để khắc phụ sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên
5.6.1.3 Trường hợp chịu lực ∑T max
- Trường hợp ∑Tmax bị biến dạng mạnh ở gối khuỷu thứ 4 nguyên nhân là do trong trường hợp này thì tại vị trí cổ khuỷu thứ 4 (xy lanh thứ 4) chịu một áp suất khí thể lớn với giá trị tính được là Pkt = 0,33 [MN/m 2 ]
- Trường hợp ∑Tmax vùng ứng suất hiệu dụng tại ở chốt khuỷu thứ 1 và 3, má khuỷu bên trái bên phải của hai khuỷu này chịu ứng suất lớn, đặc biệt là ở chốt khuỷu thứ 4 chịu ứng suất lớn nhất σ = 37,92 [MN/m 2 ], cũng ở vị trí này sẽ xảy ra nguy hiểm nhất
Ta cần tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng
5.6.1.4 Trường hợp chịu lực P ttmax
- Trường hợp Pttmax bị biến dạng mạnh ở gối khuỷu thứ 4 nguyên nhân là do trong trường hợp này thì tại vị trí cổ khuỷu thứ 4 (xy lanh thứ 4) chịu một áp suất lớn với giá trị tính được là Pkt = 0,78 [MN/m 2 ]
- Trường hợp Pttmax vùng ứng suất hiệu dụng tại ở chốt khuỷu thứ 4, má khuỷu bên trái bên phải của khuỷu này chịu ứng suất lớn nhất σ = 53,54 [MN/m 2 ], cũng ở vị trí này sẽ xảy ra nguy hiểm nhất Để khắc phục sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên
Trong các trường hợp trên đều cho thấy sự biến dạng khác nhau tại những gối khuỷu khác nhau cho mỗi trường hợp tính
Trong các trường hợp trên đều cho thấy ứng suất hiệu dụng tại những gối khuỷu khác nhau cho mỗi trường hợp tính là khác nhau, ta có thể phân biệt được nhờ vào thanh màu thể hiện ứng suất, tại những vùng màu đỏ là nơi có ứng suất lớn nhất và cũng là nơi nguy hiểm nhất của trục khuỷu Tất cả các trường hợp trên đều cho thấy ứng suất tập trung chủ yếu ngay tại vị trí giao nhau của chốt khuỷu với má khuỷu (vùng màu đỏ trên hình) Nguyên nhân là tại vị trí này có tiếp diện nhỏ và do kết cấu trục khuỷu có các vùng gây ra ứng suất tập trung cũng ở những vị trí này Để khắc phục sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên
Theo kết quả tính toán thì trong trường hợp chịu lực Zmax sẽ nguy hiểm nhất do chịu ứng suất lớn nhất σ = 153,52 [MN/m 2 ] Để khắc phục sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần tăng độ cứng của chốt và má khuỷu bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên
Sau khi tính toán, kiểm tra kết quả có được ta thấy tầm quan trọng của việc sử dụng phần mềm Catia trong tính toán thiết kế các cơ cấu trước khi đưa vào sử dụng
Việc tính toán, thiết kế, kiểm tra bền là rất hữu ích, giúp chúng ta tiết kiệm thời gian và chi phí trong sản xuất, nâng cao tính sáng tạo, chi tiết đạt độ chính xác cao
Trong luận văn này, chúng ta đã tiến xa hơn trong việc hiểu về cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ này thông qua việc tính toán và mô phỏng chi tiết, đồng thời phân tích độ biến dạng của chúng bằng sự hỗ trợ của phần mềm
Qua phần tính toán bền cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6 ở trên cho thấy được một cách nhìn tổng quan về kết quả tính toán bằng phần mềm CATIA, từ đó có những đánh giá riêng về các tính năng của phần mềm CATIA so với các phương pháp tính toán thông thường Nhờ vào việc áp dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng, chúng ta đã có cơ hội xác định các vị trí có nguy cơ cao về biến dạng và áp lực trong cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền Những kết quả này đã cung cấp cho chúng ta cái nhìn chi tiết về hoạt động của cơ cấu này và tạo ra cơ sở cho việc cải tiến thiết kế trong tương lai Điều này không chỉ có ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của động cơ, mà còn thúc đẩy sự phát triển của công nghệ động cơ trong ngành ô tô
Việc ứng dụng phần mềm CATIA vào tính toán động cơ là một phương pháp hiện đại và cho kết quả khá chính xác Phương pháp này có thể tính toán được các chi tiết lắp ghép với nhau, do đó kết quả sẽ chính xác hơn so với các phương pháp tính khác