Đồ án thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô thiết kế piston, thanh truyền

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG

CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Ngành: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ

Lớp: 20DOTB3

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Hiếu Trung

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Đức

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNGNGHỆ

Ô TÔ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 3):

(1) Nguyễng Công Đức MSSV: 201253720 Lớp: 20DOTB3

(2) Hồ Đại Hải MSSV: 2011253511 Lớp: 20DOTB3

(3) Tăng Quốc Đạt MSSV: 2011252115 Lớp: 20DOTB3

2 Tên đề tài: Thiết kế piston, thanh truyền

3 Các dữ liệu ban đầu: Xe tải Suzuki 650 kg

4 Nội dung nhiệm vụ:

(1) Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý động của cơ cấu sinh lực

(2) Đo đạc thông số kĩ thuật 10 lần

(3) Vẽ các hình chiếu đứng

(4) Mô phỏng 3D (Nếu có)

(5) Viết báo cáo đồ án

:

5 Kết quả tối thiểu phải có

1) Bản vẽ 2D in A0 (gồm 3 hình chiếu, có chú thích chi tiết) có chữ ký củaGVHD

2) Cuốn thuyết minh đề tài in A4 (theo mẫu đính kèm, bao gồm các nội dungthực hiện và bản vẽ) có đánh giá của GVHD

3) Bảng vẽ chi tiết 3D (nếu có)

4) Bảng vẽ lắp ráp hệ thống hoặc cụm chi tiết có chú thích (nếu có)

5) Đĩa CD có nội dung thuyết minh và các bản vẽ

Ngày giao đề tài: 15/03/2022 Ngày nộp báo cáo: 12/06/2022

Sinh viên thực hiện

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN TÊN MÔN HỌC: Đồ án thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô

NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật ô tô

6 Tên đề tài: Thiết kế piston, thanh truyền

7 Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Hiếu Trung

8 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 3):

(1) Nguyễn Công Đức MSSV: 201153720 Lớp: 20DOTB3

(2) Hồ Đại Hải MSSV: 2011253511 Lớp: 20DOTB3(3) Tăng Quốc Đạt MSSV: 2011253511 Lớp: 20DOTB3

(Giảng viên hướng dẫn ghi)

1 15.03.2022

Giao đề tài, mục tiêu nhiệm vụ

và các yêu cầu thiết kế đồ án,các số liệu ban đầu, các nộidung chính cần phải thực hiệntheo biểu mẫu chung của Viện Võ Hiếu Trung

2 22.03.2022

Tuần 1: Xây dựng mục lục đồ án, tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đối tượng thiết kế.

Võ Hiếu Trung

3 28.03.2022 Tuần 2: Đo đạc hoặc tính toán thông

số kỹ thuật của đối tượng thiết kế

Võ Hiếu Trung

Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên

(Giảng viên hướng dẫn ghi)

4 05.04.2022 Tuần 3: Tính giá trị trung bình,

dung sai và vẽ phát thảo Võ Hiếu Trung

5 12.04.2022

Tuần 4: Vẽ các hình chiếu của đối

tượng thiết kế và mô phỏng 3D (nếu

6 23.04.2022

Tuần 5: Vẽ các hình chiếu của đối

tượng thiết kế và mô phỏng 3D (nếu

7 01.05.2022

Tuần 6: Vẽ các hình chiếu của đối

tượng thiết kế và mô phỏng 3D (nếu

8 07.05.2022 Tuần 7: Viết báo cáo đồ án

Võ Hiếu Trung

9 14.05.2022 Tuần 8: Viết báo cáo đồ án

10 21.05.2022 Tuần 9: : Viết báo cáo đồ án

(tiếp theo) Võ Hiếu Trung

11 28.05.2022 Tuần 10: Hoàn thiện báo cáo đồ án

và chuẩn bị bảo vệ Võ Hiếu Trung

Điểm quá trình = 0.5 x Tổng điểm tiêu chí đánh giá + 0.5 x điểm báo cáo ĐA MH

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10)

Họ tên sinh viên Mã số SV Tiêu chí đánh giá về quá

trình thực hiện đồ án

Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án (tổng 2 cột điểm 1+2) 50%

Điểm báo cáo bảo vệ

đồ án môn học (50%)

Điểm quá trình = 0.5*tổng điểm tiêu chí + 0.5*điểm báo cáo

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Đáp ứng mục tiêu

đề ra (tối đa 5

(tối đa 5 điểm)

điểm)

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháy vào phần điểm chỉnh sửa.

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN 8

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 8

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 8

1.3 NỘI DUNG NHIỆM VỤ VÀ ĐỀ TÀI 9

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN 9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PISTON ,THANH TRUYỀN 10

2.1 NHIỆM VỤ YÊU CẦU PISTON, THANH TRUYỀN 10

2.1.1 Nhiệm vụ 10

2.1.2 Yêu cầu 11

2.2 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA PISTON, THANH TRUYỀN 11

2.2.1 Cấu tạo và phân loại 11

2.1.1 Chu trình làm việc 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 21

3.1.1 Đo các thông số kĩ thuật 21

3.1.2 Tính toán dung sai kích thước của các chi tiết 24

3.1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ THIẾT KẾ 26

3.1.4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 26

3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 27

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33

4.1 KẾT LUẬN 33

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Phần1:

Hình 1 1: Hình ảnh xe VinFast LUX 2.0 2002 9

Hình 1 2: Hình ảnh piston, thanh truyền 10

Phần 2 Hình 2 1: Hình ảnh piston 11

Hình 2 2: Hình ảnh thanh truyền 11

Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng piston 12

Hình 2 4: Các dạng đỉnh piston 13

Hình 2 5: Piston và Xemang 14

Hình 2 6: Chi tiết thanh truyền 15

Hình 2 7: Các cơ cấu đầu nhỏ thanh truyền 16

Hình 2 8: Các cơ cấu đầu to thanh truyền 17

Hình 2 9: Cơ cấu thân thanh truyền 17

Hình 2 10: Các hành trình làm việc của động cơ xăng 4 kỳ 18

Hình 2 11: Đồ thị công 19

Hình 2 12: Đồ thị phân phối khí của động cơ xăng 4 kỳ 19

Phần 3 Hình 3 1: Các kí hiệu của Piston 21

Hình 3 2: Các kí hiệu của thanh truyền 23

Hình 3 3 : Hình chiếu đứng của piston 28

Hình 3 4: Hình ảnh chi tiết 28

Hình 3 5: Rãnh xéc măng piston 28

Hình 3 6: Mặt cắt hình chiếu đứng của piston 29

Hình 3 7: Mặt cắt hình chiếu bằng của piston 29

Hình 3 8: Hình ảnh 3D của Piston 30

Hình 3 9: HÌnh chiếu đứng của piston 31

Hình 3 10: HÌnh chiếu cạnh của thanh truyền 31

Hình 3 11: Hình chiếu bằng của thanh truyền 32

Hình 3 12: Hình ảnh 3D của thanh truyền 32

Hình 3 13: Hình ảnh 3D của thanh truyền 33

đề Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy cô bộ môn để đề tài của

em thêm hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

ô tô cho riêng mình đó là vinfast Để góp phần nâng cao trình độ kĩ thuật độingũ kĩ thuật của ta phải tự nghiên cứu đo đạc và tính toán thiết kế đó là yêu cầucấp thiết,có như vậy ngành sản xuất ô tô nước ta mới càng phát triển và nângtầm thương hiệu trên quốc tế.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Sau khi học xong những môn thiết kế cơ khí trong công nghệ ô tô , nhóm

em đã áp dụng các môn học đó vào đồ án môn học mà viện kĩ thuật đã giaonhiệm vụ cho nhóm em

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 tônói chung

Thiết kế và mô phỏng các chi tiết trên ô tô

1.3 NỘI DUNG NHIỆM VỤ VÀ ĐỀ TÀI

Nghiên cứu kết cấu và công dụng của các chi tiết piston, thanh truyền nóichung và động cơ đốt trong nói riêng

Nghiên cứu và áp dụng phần mềm solidwork vào thực tế, trình bày cácbản vẽ chi tiết

Đưa ra các hướng phát triển giúp hoàn thiện tốt hơn

Hình 1 2: Hình ảnh piston, thanh truyền

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Áp dụng các kiến thức đã được học trên trường, lớp vào thực tiễn

Tìm qua tài liệu có liên quan ,qua các trang mạng điện tử, sách,báo chính thống và đáng tin cậy của các cộng đồng ô tô đang hoạt đông

uy tín

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN

Gồm 4 chương :

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

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PISTON ,THANH TRUYỀN

Piston là một bộ phận của động cơ, máy bơm dạng piston, máy nén khí hậu xylanh hơi 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 trong quá trình nổ và nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình nạp, nén và

thải (động cơ 4 kỳ), ở động cơ 2 kỳ niệm piston còn thực hiện chức năng làm van đóng mở của nạp và cửa xả.

Hình 2 2: Hình ảnh thanh truyền

Piston Điều kiện làm việc của piston rất khắc nghiệt Khi động cơ làmviệc, piston sẽ ma sát lên thành xy lanh dưới tác dụng của lực pháp tuyến,đồng thời piston sẽ chịu tác dụng của áp lực do khi cháy tạo ra và lựcquán tính xuất hiện trong quá trình piston chuyển động qua lại trong xylanh Áp lực của khí và lực quán tính luôn luôn thay đổi về cường độ vàchiều, lại xảy ra trong thời gian rất ngắn nên tải trọng trên piston có tínhchất va đập Ngoài ra, piston còn chịu tác dụng trực tiếp của khi cháy cónhiệt độ rất cao nên chịu ăn mòn hóa học

Căn cứ vào điều kiện làm việc của piston như đã nói trên, vậtliệu chế tạo và cấu tạo của piston phải đảm bảo độ bền, chịu được màimòn và không bị ăn mòn hóa học Trọng lượng của piston cũng nhỏ

càng tốt để giảm lực quán tinh và ít thay đổi kích thước khi bị nónglên Thông thường người ta chế tạo pít tông bằng hợp kim nhẹ và một

số bằng gang hoặc bằng thép Piston chế tạo bằng hợp kim nhẹ (chủyêu bằng hợp kim nhôm và hợp kim manhe) so với gang thép nó có ưuđiểm là trọng lượng nhỏ, độ dẫn nhiệt tốt và hao phí do ma sát lênthảnh xy lanh nhỏ hơn nên được dùng phổ biến hiện nay Nhưng nó cónhược điểm là tính chịu mài mòn kèm hệ số dãn nở vì nhiệt cao

Thanh truyền: Khi động cơ làm việc, thanh truyền chịu áp lực của cácchất khi và lực quán tính Những lực này luôn thay đổi về trị số, phương

và chiều Vi vậy vật liệu dùng để chế tạo thanh truyền phải đảm bảo độbền, cứng và nhẹ Thông thường người ta chế tạo thanh truyền bằng thépcác bon chất lượng tốt hoặc thép hợp kim

2.2 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA PISTON, THANH TRUYỀN

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

 Đỉnh piston có các dạng: đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm và định dạng đặcbiệt Đỉnh piston nhận áp suất khỉ đổi vả phải chịu nhiệt cao

Hình 2 4: Các dạng đỉnh piston

 Rảnh vòng găng hơi trên cùng là rãnh chịu áp suất và nhiệt độ khi cháy cao nhất, nên có thể được đặt cách đinh piston một đoạn đầy nhất định Rãnh vòng gâng của động cơ hai kỷ có chốt định vị miệng vòng gâng (nhằm mục đích chống xoay miệng Vòng gâng)

 Phần đầu piston thường làm nhỏ hơn thân tạo thành độ côn để có thể giãn nở vị chịu nhiệt độ cao

Hình 2 5: Piston và Xemang

Thân piston

- Thân piston có nhiệm vũ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh

và liên kết với thanh truyền lực làm quay trục khuỷu Trên thân piston có

lỗ ngang để lắp ngang để lắp chốt liên kết piston và thanh

 Thân piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanhvà liên kết với thanh truyền lực làm quay trục khủyu Trên thân piston có lỗ ngang để lấy chốt liên kết piston và thanh truyền

 Phần phía trên của thân có lỗ lắp với chốt, hai bên lỗ có rãnh vòng để lắp vòng hãm chốt, tại lỗ lắp chốt, lượng kim loại được bỏ bớt sẽ giãn

nở tốt hơn, do đó piston có dạng hình trụ tròn

 Số động cơ (thường là động cơ có công suất trung bình, cao) hầu hết các piston đều xẻ rãnh trên thân, đuôi Piston có thể cắt vát để giảm trọng lượng và tránh va chạm với trục khuỷu khi chuyển động

 Thân của piston có dạng hình hơi ôvan (trục nhỏ trùng với đường tâm

lỗ trục), khi động cơ làm việc phần đầu của piston tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao nên giãn nở nhiều hơn

 Thân Piston của động cơ điêzel thường có thêm một vài gâng dầu dướivảy, cuối piston có cạnh gạt đầu vả gờ làm tăng độ cứng vững cho piston

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

Đầu nhỏ của thanh truyền có dạng hình trụ rỗng, được lắp với chốt piston bên trong có bạc lót, phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, bạc lót được ghép chặt vàođầu nhỏ thanh truyền

Đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp chốt pít-tông Cấu tạo đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào phương pháp lắp ghép với chốt pít-tông

Nếu lắp chốt pít-tông cố định, thì đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãmchặt với chốt

Nếu lắp tự do, thì đầu nhỏ thanh truyền bao giờ cũng có bạc lót (hình a).Một số động cơ người ta làm vấu lồi trên đầu nhỏ (hình b) để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồng đều giữa các xi-lanh

Để bôi trơn bạc lót và chốt pít-tông có những phương án như dùng rãnh hứng dầu (hình c) hoặc bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ đầu trục khuỷu dọc theo thân thanh truyền (hình a).

Ở động cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn, người ta thường làm các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ (hình d) hoặc có thể dùng ổ bi kim thay cho bạc lót (hình e)

Đầu to của thanh truyền được nối với trục khuỷu gồm hai nửa Nửa trên liền với thanh truyền, nửa dưới chế tạo rời gọi là nắp đầu to (nắp biên) và được lắp ghép với nửa trên bằng các bu lông

Mặt cắt có thể cắt thẳng góc (hình a) Bề mặt lắp ghép giữa thân và nắpthanh truyền thường được lắp các tấm đệm thép dày khoảng 0,05 – 0,20 mm để có thể điều chỉnh tỷ số nén cho đồng đều giữa các xi-lanh.Mặt cắt lệch so với đường tâm thanh truyền (hình b) Mặt lắp ghép này yêu cầu phải có vấu hoặc răng khía để chịu lực cắt thay cho bu lông thanh truyền và định vị khi lắp ghép

Đầu to thanh truyền để nguyên mà không cắt đôi (hình c) Có ưu điểm

là cấu tạo đơn giản nhưng phải dùng trục khuỷu ghép nên chỉ sử dụng

ở một số động cơ có công suất nhỏ, ít xi-lanh như động cơ mô tô, xe máy

Hình 2 8: Các cơ cấu đầu to thanh truyền

Phía trong có bạc làm bằng thép có tráng hợp kim đồng Mặt trong của bạc đượcphay rãnh để chứa dầu bôi trơn Giữa các nửa của đầu to được ghép với nhau bằng bu lông Để chống xoay bạc mỗi nửa bạc có dập định vị khớp

Thân thanh truyền

Thân thanh truyền làm nhiệm vụ là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to của thanh truyền, thường có tiết diện hình chữ nhật, hình tròn, hình ôvan hoặc hình chữ I Tiết diện hình chữ I được dùng nhiều trong động cơ cao tốc và động cơ ô tô, máy kéo Loại này có độ cứng vững lớn, bố trí vật liệu hợp lý.

Kích thước của thân thanh truyền được thiết kế tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to

để phù hợp với quy luật phân bố lực quán tính lắc đều của thanh truyền, còn chiều dày thì đồng đều

Hình 2 9: Cơ cấu thân thanh truyền

Dọc theo thân của thanh truyền, các nhà sản xuất thường bố trí các lỗ dẫn dầu Những lỗ này nhằm dẫn dầu để bôi trơn các chốt của piston bằng áp lực Để tăng

độ cứng vững và dễ khoan lỗ dẫn dầu, thân thanh truyền có gân trên suốt chiều dài thanh truyền

Do gia công lỗ dầu khó, nhất là đối với thanh truyền dài, nên có khi nhà sản xuấtgắn ống dẫn dầu ở phía ngoài thân thanh truyền

Đối với động cơ dạng 2 kỳ việc bôi trơn khó khăn hơn so với 4 kỳ Nên thường thì sẽ có những rãnh chứa dầu được gắn ở đầu nhỏ để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn lót bạc Người ta cũng có thể dùng ổ bi kim để thay thế cho bạc lót

Khi động cơ làm việc hình 2.10, trục khuỷu 1 quay (theo chiều mũi tên) còn piston 3 nối bản lề với trục khuỷu qua thanh truyền 10, sẽ chuyển động tịnh tiến trong xylanh 2

Mỗi chu trình làm việc của động cơ xăng bốn kỳ bao gồm 4 hành trình là: nạp, nén, cháy- giãn nở, thải, thực hiện một lần sinh công (trong hành trình cháy- giãn nở).

Để thực hiện được như vậy thì piston phải dịch chuyển lên xuống bốn lần tương ứng vớihai vòng quay của trục khuỷu động cơ (từ 0 đến 720 ) ° °Quá trình diễn ra khi piston đitừ ĐCD lên ĐCT hoặc ngược lại được gọi

là một kỳ

Chu kỳ làm việc của động cơ xăng bốn kỳ như sau:

Hành trình nạp: trong hành trình này (hình 2.10a), khi trục khuỷu 1 quay,

piston 3 sẽ dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupáp nạp 6 mở, xupáp thải 8 đóng, làm cho áp suất trong xylanh 2 giảm và do đó hoà khí ở bộ chế hoà khí 5 qua ống nạp 4 được hút vào xylanh

Trên đồ thị công hình 2.11 (đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích làm việc của xylanh ứng với mỗi vị trí khác nhau của piston), hành trình nạpđược thể hiện bằng đường ra (r-a)

Trong hành trình nạp, xupáp nạp thường mở sớm trước khi piston lên điểm chết trên (biểu thị bằng điểm d1), để khi piston đến ĐCT (thời điểm bắt đầu nạp)thì xupáp đã được mở tương đối lớn làm cho tiết diện lưu thông lớn bảo đảm hoà khí đi vào xylanh nhiều hơn Góc ứng 1 với đoạn d1r đó được gọi là góc 

mở sớm của xupáp nạp