Đối với động cơ đốt trong, piston có nhiệm vụ cùng với xylanh và nắp máy tạo thành buồng đốt, Piston nhận áp suất đại sự giãn nở của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu để sinh công t
GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đã có những bước tiến mạnh mẽ trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đặc biệt là trong ngành sản xuất ô tô Việt Nam đã hợp tác với nhiều thương hiệu ô tô nổi tiếng thế giới như Honda và Toyota để sản xuất và lắp ráp xe Đặc biệt, thương hiệu ô tô VinFast đã ra đời, đánh dấu sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước Để nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ sư Việt Nam cần chủ động nghiên cứu, đo đạc và thiết kế, từ đó góp phần phát triển ngành sản xuất ô tô và nâng cao giá trị thương hiệu trên thị trường quốc tế.
Hình 1 1: Hình ảnh xe VinFast LUX 2.0 2002
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Sau khi hoàn thành các môn thiết kế cơ khí trong ngành công nghệ ô tô, nhóm chúng tôi đã áp dụng kiến thức từ những môn học này vào đồ án mà viện kỹ thuật giao cho nhóm.
Áp dụng đo lường cơ khí đo các chi tiết trên ô tô.
Nghiên cứu tìm hiểu rõ về phần mềm solidwork và ứng dụng bản mô phỏng.
Mang đến kiến thức nền tảng của các chi tiết nói riêng và trên ô tô nói chung.
Thiết kế và mô phỏng các chi tiết trên ô tô.
NỘI DUNG NHIỆM VỤ VÀ ĐỀ TÀI
Nghiên cứu kết cấu và công dụng của các chi tiết piston, thanh truyền nói chung và động cơ đốt trong nói riêng.
Nghiên cứu và áp dụng phần mềm solidwork vào thực tế, trình bày các bản vẽ chi tiết.
Đưa ra các hướng phát triển giúp hoàn thiện tốt hơn.
Hình 1 2: Hình ảnh piston, thanh truyền
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Áp dụng các kiến thức đã được học trên trường, lớp vào thực tiễn.
Tìm kiếm thông tin từ các tài liệu liên quan, trang mạng điện tử, sách và báo chí chính thống, đáng tin cậy từ những cộng đồng ô tô uy tín đang hoạt động.
KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đồ án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của piston, thanh truyền
Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng
Chương 4: Kết luận và phương hướng phát triển
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PISTON ,THANH TRUYỀN
2.1 NHIỆM VỤ YÊU CẦU PISTON, THANH TRUYỀN
Piston là bộ phận quan trọng trong động cơ, máy bơm piston và máy nén khí, có vai trò chính trong việc tạo thành buồng đốt cùng với xylanh và nắp máy Trong động cơ đốt trong, piston nhận áp suất từ sự giãn nở của khí cháy và truyền lực cho trục khuỷu để sinh công trong quá trình nổ Đồng thời, piston cũng nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình nạp, nén và thải trong động cơ 4 kỳ Đối với động cơ 2 kỳ, piston còn đảm nhiệm chức năng như van đóng mở cho quá trình nạp và xả khí.
Thanh truyền dùng để piston với trục khuỷu, nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh triển của piston thảnh chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại.
Hình 2 2: Hình ảnh thanh truyền
Piston là bộ phận chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt trong động cơ Khi động cơ hoạt động, piston ma sát với thành xy lanh dưới lực pháp tuyến, đồng thời chịu áp lực từ quá trình cháy và lực quán tính trong chuyển động qua lại Áp lực khí và lực quán tính thay đổi liên tục về cường độ và hướng, tạo ra tải trọng va đập lên piston Hơn nữa, piston còn phải đối mặt với nhiệt độ cao từ khí cháy, dẫn đến hiện tượng ăn mòn hóa học.
Piston cần được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao, khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn hóa học Trọng lượng của piston càng nhẹ càng tốt để giảm lực quán tính và hạn chế sự thay đổi kích thước khi nhiệt độ tăng Thông thường, piston được làm từ hợp kim nhẹ, chủ yếu là hợp kim nhôm và hợp kim manhe, vì chúng có trọng lượng nhẹ, dẫn nhiệt tốt và giảm thiểu hao phí do ma sát Tuy nhiên, hợp kim nhẹ cũng có nhược điểm về khả năng chịu mài mòn và hệ số dãn nở nhiệt cao.
Thanh truyền là bộ phận quan trọng trong động cơ, chịu áp lực từ các chất và lực quán tính, với các lực này luôn thay đổi về trị số, phương và chiều Do đó, vật liệu chế tạo thanh truyền cần đảm bảo độ bền, cứng và nhẹ Thông thường, thanh truyền được làm từ thép carbon chất lượng cao hoặc thép hợp kim.
2.2 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA
2.2.1 Cấu tạo và phân loại
Piston có hình dạng hình trụ tròn, rỗng bên trong thân và kín phần đỉnh Piston được chia làm 3 phần đỉnh, đầu và thân.
Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng piston
Đỉnh piston có các dạng: đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm và định dạng đặc biệt Đỉnh piston nhận áp suất khỉ đổi vả phải chịu nhiệt cao.
Hình 2 4: Các dạng đỉnh piston
Đỉnh phẳng dùng cho động cơ xăng 4 kỳ, đinh lõm thường dùng cho động cơ điêzel
Đỉnh lõm phần lõm của đỉnh tạo nên sự xoáy lốc trong buồng đốt của xilanh, giúp cho hỗn hợp được hoà trộn tốt hơn
Đỉnh lồi thường dùng cho động cơ hai kỳ Trên đỉnh có thể có chỗ khoét lõm để tránh chạm vào xupáp.
Đầu piston được thiết kế với các rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Đặc biệt, đáy rãnh lắp xéc măng dầu được khoan các lỗ nhỏ, giúp việc cấp và thoát dầu diễn ra hiệu quả.
Rảnh vòng găng hơi trên cùng là rãnh chịu áp suất và nhiệt độ cao nhất khi cháy, có thể được đặt cách đinh piston một khoảng nhất định Rãnh vòng găng của động cơ hai kỷ có chốt định vị miệng vòng găng nhằm chống xoay miệng vòng găng.
Phần đầu piston thường làm nhỏ hơn thân tạo thành độ côn để có thể giãn nở vị chịu nhiệt độ cao
Thân piston đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng cho piston di chuyển trong xylanh và kết nối với thanh truyền lực, giúp quay trục khuỷu Trên thân piston có lỗ ngang để lắp chốt liên kết giữa piston và thanh truyền.
Thân piston có vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng cho piston di chuyển trong xylanh và kết nối với thanh truyền lực để quay trục khủyu Trên thân piston có lỗ ngang, giúp lắp chốt liên kết giữa piston và thanh truyền.
Phần trên của thân có lỗ để lắp chốt, với rãnh vòng hai bên giúp lắp vòng hãm chốt Việc bỏ bớt lượng kim loại tại lỗ lắp chốt giúp tăng khả năng giãn nở, do đó piston có hình dạng trụ tròn.
Hầu hết các động cơ có công suất trung bình và cao đều sử dụng piston với thiết kế xẻ rãnh trên thân Đuôi piston thường được cắt vát để giảm trọng lượng và ngăn ngừa va chạm với trục khuỷu trong quá trình chuyển động.
Thân piston có hình dạng hơi ôvan, với trục nhỏ trùng với đường tâm lỗ trục Khi động cơ hoạt động, phần đầu piston tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng giãn nở nhiều hơn.
Thân piston của động cơ diesel thường được thiết kế với một số găng dầu nằm dưới vảy, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động Cuối piston có cạnh gạt đầu và gờ, điều này không chỉ tăng cường độ cứng vững mà còn nâng cao độ bền của piston trong quá trình vận hành.
Thanh truyền gồm 3 phần: Đầu nhỏ nhanh truyền, thân thanh truyền, đầu to thanh truyền.
Hình 2 6: Chi tiết thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền có hình dạng trụ rỗng, được lắp với chốt piston bên trong có bạc lót Phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Cấu tạo của đầu nhỏ thanh truyền còn phụ thuộc vào phương pháp lắp ghép với chốt pít-tông, với lỗ thiết kế để lắp chốt pít-tông một cách chắc chắn.
Nếu lắp chốt pít-tông cố định, thì đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãm chặt với chốt.
Khi lắp tự do, đầu nhỏ của thanh truyền luôn có bạc lót Một số động cơ thiết kế vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng tâm của thanh truyền, giúp đảm bảo sự đồng đều giữa các xi-lanh.
Để bôi trơn bạc lót và chốt pít-tông trong các cơ cấu đầu nhỏ thanh truyền, có thể sử dụng rãnh hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức từ đầu trục khuỷu dọc theo thân thanh truyền Trong động cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn, thường áp dụng các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ hoặc thay thế bạc lót bằng ổ bi kim.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
3.1.1 Đo các thông số kĩ thuật
Hình 3 1: Các kí hiệu của Piston
Kí hiệu : D - Đường kính piston
H – Chiều cao piston h - Khoảng cách từ tâm chốt đến đỉnh pistoni h - Khoảng cách từ đáy piston đến xéc măng dầuc
Bảng 3.1 Thông số đo piston
Lần D H hi hc hlc T Đơn vị
Hình 3 2: Các kí hiệu của thanh truyền
Hn: Chiều dài thanh truyền ht- Khoảng cách giữa tâm lỗ to với tâm lỗ nhỏ thanh truyền
Chiều dày thanh truyền (Tn) là yếu tố quan trọng trong thiết kế, trong khi đường kính lỗ to (dlt) và đường kính lỗ nhỏ (dln) của thanh truyền cũng đóng vai trò quyết định đến hiệu suất hoạt động Đường kính đầu nhỏ (ddn) và đường kính đầu to (ddt) của thanh truyền ảnh hưởng đến khả năng truyền lực và độ bền của hệ thống Việc tối ưu hóa các thông số này giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của thiết bị.
Lần hH hi dln dlt ddn ddc Tn đơn vị
3.1.2 Tính toán dung sai kích thước của các chi tiết.
Sai lệch giới hạn trên là sự khác biệt giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa, được ký hiệu là ES Công thức tính sai lệch giới hạn trên giúp xác định phạm vi kích thước cho các sản phẩm trong sản xuất.
Sai lệch giới hạn dưới là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa, ký hiệu là EI Công thức tính sai lệch giới hạn dưới giúp xác định độ chính xác trong sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Dung sai là khoảng cho phép của sai số, được xác định bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước giới hạn nhỏ nhất Nó cũng có thể được tính bằng hiệu đại số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới.
Dung sai lắp ghép của chi tiết piston
- Sai lệch giới hạn trên :
- Sai lệch giới hạn dưới :
- Dung sai lắp ghép của chi tiết thanh truyền
+ Sai lệch giới hạn trên :
+ Sai lệch giới hạn dưới :
3.1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ THIẾT KẾ
Phương pháp đo trực tiếp là việc áp dụng kiến thức từ môn 'đo lường cơ khí và dung sai lắp ghép' để thực hiện các công việc đo đạc và tính toán chính xác.
Nhóm nghiên cứu chủ yếu sử dụng phương pháp tìm kiếm thông tin qua internet, bao gồm việc tra cứu tài liệu từ các trang báo điện tử và tham gia vào các cộng đồng ô tô uy tín để thu thập dữ liệu cần thiết.
Kết quả tính toán của piston
D H hi hc dlc T Đơn vị
Kết quả tính toán của thanh truyền
Hn ht dln dlt ddn ddt Tn đơn vị
Kết quả mô phỏng piston
Hình 3 3 : Hình chiếu đứng của piston
Hình 3 4: Hình ảnh chi tiết
Hình 3 5: Rãnh xéc măng piston
Hình 3 6: Mặt cắt hình chiếu đứng của piston
Hình 3 7: Mặt cắt hình chiếu bằng của piston
Hình 3 8: Hình ảnh 3D của Piston
Kết quả mô phỏng thah truyền
Hình 3 9: HÌnh chiếu đứng của piston
Hình 3 10: HÌnh chiếu cạnh của thanh truyền Hình 3 11: Hình chiếu bằng của thanh truyền
3 12: Hình ảnh 3D của thanh truyền
Hình 3 13: Hình ảnh 3D của thanh truyền
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án nhóm em đưa ra kết luận như sau:
- Nhóm đã hoàn thành đề tài do viện giao cho.
- Áp dụng kiến thức đã cho để đo đạc và tính toán và đọc hiểu các chi tiết đã thể hiện trong bản vẽ.
- Áp dụng phần mềm solidworks để mổ phỏng 2D, 3D các chi tiết piston, thanh truyền và bồi dưỡng được them những kĩ năng làm phần mềm.
- Hoàn thành bản báo cáo bằng phần mềm như yêu cầu.
- Tìm hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã thu thập được nhiều kiến thức quý giá về piston và thanh truyền, cũng như hiểu rõ hơn về động cơ đốt trong.
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
- Khắc phục về các thiếu sót về kiến thức, kĩ năng để hoàn thiện tốt hơn.
- Tìm hiểu, nghiên cứu và tự thiết kế hoàn chỉnh những chi tiết.
- Thử nghiệm và chỉnh sửa hoàn chỉnh để có thể đưa vào hoạt động một cách trơn tru nhất có thể.
- Đưa vào sản xuất và sử dụng các chi tiết.