luận văn kết cấu trục khuỷu thanh truyền

Trục khuỷu - thanh truyền là một trong những cơ cấu quan trọngcủa ô tô nó không thể thiếu đợc ở bất cứ một động cơ nào không có trục khuỷu thanhtruyền thì động cơ sẽ không hoạt động đợc

Trang 1

Đồ án môn học - Cấu tạo ôtô GVHD: th.s trần văn anh

Lời nói đầu

- -ừ những năm 80 của thế kỷ XIX những chiếc ô tô đầu tiên của thế giới đẫ ra đời,cho tới nay nó đã trở thành một nghành công nghiệp phát triển hàng đầu trên thếgiới ở Việt Nam hiện nay nó đã đợc Đảng và nhà nớc xem là một nghành công nghiệpmũi nhọn thúc đẩy công cuộc xây dựng và phát triển đất nớc Cho tới nay thì trên ô tô

đã có rất nhiều những cải tiến về tất cả các hệ thống, cho nên công việc sửa chữa –bảo dỡng cũng ngày một phúc tạp hơn Chính vì vậy mà môn học cấu tạo ôtô đã trởthành một môn đặc biệt quan trọng nhất là đối với những sinh viên thuộc ngành cơ khí

động lực

T

Cùng với sự phát triển của thế giới thì ngành cơ khí của nớc ta cũng đã và đangdần hoà nhập với thế giới Trong ngành cơ khí nói riêng thì việc phát triển nhất là

động cơ ô tô Ô tô là một loại xe có cấu tạo rất phức tạp với rất nhiều các hệ thống các

bộ phận khác nhau Trục khuỷu - thanh truyền là một trong những cơ cấu quan trọngcủa ô tô nó không thể thiếu đợc ở bất cứ một động cơ nào không có trục khuỷu thanhtruyền thì động cơ sẽ không hoạt động đợc nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiếncủa piston thành chuyển động quay của trục khuỷu và truyền công suất ra ngoài

Thiết kế môn học là một đề tài thiết thực nó không ngững giúp cho ta nắm đợc

về cấu tạo, nguyên lý hoạt động mà còn giúp ta củng cố vững chắc về chuyên môn, mởrộng tầm hiểu biết mà còn giúp ta có thêm niềm tin, lòng yêu nghề về ngành học mà ta

đã lựa chọn Là một sinh viên đang học tập tại Trờng ĐHSPKT Nam Định em đã đợc

giao đề tài nghiên cứu về “Kết cấu trục khuỷu- thanh truyền” của động cơ ô tô Sau

một thời gian nỗ lực cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo

trần Văn Anh và các thầy giáo trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đến nay em

đã hoàn thành đề tài đợc giao, xong do trình độ hiểu biết còn hạn chế cho nên trongquá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót vì vậy em rất mong nhận đợc

sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài của em đợchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Nam Định, ngày tháng năm 2010.

Vũ Văn Chí

Trang 2

đề cơng

đồ án môn học cấu tạo ô tô

-

 -A Giới thiệu chung về đề tài

I Dạng đề tài :Dạng lý thuyết đơn thuần

II Nhiệm vụ của đề tài:

Nghiên cứu kết cấu nhóm trục khuỷu thanh truyền của động cơ ZIL 130

B nội dung cơ bản

Phần 1 : giới thiệu chung động cơ ô tô

1.1 Giới thiệu chung về động cơ đốt trong

1.1.1 Sơ lợc về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong

2.1 động học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2.1.1 Quy luật động học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

1 Chuyển vị của pistôn

2 Vận tốc của piston

3 Gia tốc của pistôn

2.1.2 Quy luật động học của thanh truyền

2.2 động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2.2.1 Khối lợng của các chi tiết chuyển động

1 Khối lợng của nhóm piston

2 Khối lợng của thanh truyền

3 Khối lợng của trục khuỷu

2.2.2 Lực và mô men tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

1 Lực quán tính

2 Lực khí thế

3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

2.2.3 Hệ lực và mô men tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của độngcơ chủ V 8 xylanh, 4 kỳ của của ô tô ZIL130

1 Góc công tác

Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí 2 Lớp: Cs ôtô 36

Trang 3

2 Lực và mô men tác dụng lên khuỷu trục thanh truyền của ô tô ZIL130

Chơng 3: nhiệm vụ điều kiện làm việc cấu tạo và hoạt động của khuỷu trục thanh truyền

3.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, cấu tạo và hoạt động của trục khuỷu

3.1.1 Nhiệm vụ của trục khuỷu

3.1.2.Điều kiện làm việc của trục khuỷu

3.1.3 Cấu tạo và hoạt động của trục khuỷu

3.2 Nhiệm vụ ,điều kiện làm việc ,cấu tạo và hoạt động của thanh truyền

3.2.1 Nhiệm vụ của thanh truyền

3.2.2 Điều kiện làm việc của thanh truyền

3.2.3 Cấu tạo và hoạt động của thanh truyền

Chơng 4: biện pháp nâng cao tuổi thọ của khuỷu trục thanh truyền trong sử dụng và sửa chữa bảo dỡng sửa chữa

4.1 Biện pháp nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong sử dụng và bảo dỡng sửa chữa4.1.1 Nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong sử dụng

4.1.2 Nâng cao tuổi thọ của trục khuỷu trong bảo dỡng sửa chữa

4.2 Biện pháp nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong sử dụng và sửa chữa bảo dỡngsửa chữa

4.2.1 Nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong sử dụng

4.2.2 Nâng cao tuổi thọ của thanh truyền trong bảo dỡng sửa chữa

C Kết luận

Trang 4

Chơng 1 giới thiệu chung về động cơ ôtô

1.1 giới thiệu chung về động cơ đốt trong

1.1.1 Sơ lợc về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong

- 1860: Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời do ông Lenoir là một ngời hầu bàn và làmột nhà kỹ thuật nghiệp d ở Paris chế tạo Động cơ chạy khí đốt có hiệu suất 2-3%

- 1867: Tại một cuộc triển lãm thế giới ở Paris, Otto và Langen đã trng bày một kiểu động cơ nhiệt với hiệu suất 9%

- 1876: Otto đẫ chế tạo chiếc động cơ khí gas bốn kì đầu tiên, hiệu suất khoảng 15% Gần nh đồng thời lúc bấy giờ, một ngời Anh là Clerk cũng đã chế tạo ra động cơ

-1911: Động cơ mới có máy khởi động thay cho quay tay

-1954: Động cơ pittong do hãng NSU – Wankel chế tạo nổi bật về tính gọn nhẹ

- 1979: Hệ thống điều khiển điện tử (ECU) đã đợc áp dụng trên ô tô cho các độngcơ phun xăng và dùng bộ chế hoà khí điện tử

- 1991: Khoảng 20% các chức năng của ô tô đã đợc điều khiển điện tử và đến năm 1995 đã có bớc nhảy vọt là 80%

Hiện nay, mức độ tự động hoá của ô tô đã tăng lên rất nhiều Ngời ta còn nghiêncứu và chế tạo các loại động cơ ô tô sử dụng nhiên liệu sạch nh xe chạy điện, sử dụng oxy và hidrro làm nhiên liệu để chống ô nhiễm môi trờng Tiêu biểu là loại động cơ Hybird- có rất nhiều u điểm và đang đợc phát triển rộng rãi

Động cơ xăng

Động cơ diesel

Động cơ khí

Trang 5

2 Phân loại động cơ đốt trong theo kiểu pittong

Động cơ chữ V ra đời vào năm 1888, là sản phẩm của Gottlieb Daimler và

Willhelm Maybach Động cơ có góc V (góc giữa 2 hàng xy lanh) bằng 170C , dung tích xy lanh 1050cc, tạo công suất 4 mã lực tại 900 vòng/phút

1.2.1 Động cơ V4

Động cơ V4 là loại động cơ chữ V có 4 xy

lanh, có chiều dài pittong khoảng 120mm, với

trục cam đơn đợc lắp trên đầu xy lanh, dung tích

xy lanh 1633cc hoặc 1966cc Loại động cơ này

Trang 6

đợc Ford giới thiệu từ năm 1962 Hiện nay có rất nhiều hãng đã sử dụng loại động cơ này.

1.2.2 Động cơ V6

Động cơ V6 là loại động cơ đốt trong với

6 xy lanh xếp theo hình chữ V Đây là loại động

cơ đợc sử dụng thứ 2 trong tất cả các mẫu xe hiện đại, sau động cơ 4 xylanh thẳng hàng.Nó rất phù hợp với các mẫu xe dẫn động

cầu trớc hiện nay, và ngày càng trở nên phổ biến

hơn khi xe hơi có xu hớng có trọng lợng lớn

hơn

1.2.3 Động cơ V8

Động cơ V8 là động cơ có 8 xy lanh, rất

phổ biến trong các mẫu xe hơI công suất lớn

Động cơ V8 thờng có dung tích xy lanh từ 4 đến

8,5 lít

Động cơ V8 lần đầu do Rolls Royce phát

triển., nhng sản xuất hàng loạt lại là hãng Cadillac Hiện nay động cơ V8 đã đợc cải tiến với nhiều u điểm: hệ thống làm mát bằng nớc đợc điều khiển nhiệt tĩnh hay động cơ, ly hợp và hộp số hợp lại thành một khối riêng

1.2.4 Động cơ V10

Không đợc a chuộng nên ít sử dụng rộng rãi

1.2.5 Động cơ V12

Đợc sử dụng nhiều trong các dòng xe thể thao với u điểm công suất lớn

Trang 7

1.3 Động cơ ZIL-130

1.3.1 Thông số kỹ thuật của động cơ

Ô tô ZIL 130 có động cơ 8 xylanh xếp thành hình chữ V,4 kỳ có các buratơ (bộchế hoà khí) có xu páp ở trên , làm mát bằng nớc

+ Số lợng xylanh : có 8 cái đặt vuông góc nhau 900

+ Đờng kính trong và hành trình của piston 100 x 95mm

+ Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng, tối thiểu của sức ngựa, giờ 240

+ Thứ tự làm việc của các xylanh 1-5-4-2-6-3-7-8

+ Số thứ tự của các xylanh tính từ quạt

Động cơ đợc bắt chặt trên khung xe nhờ 3 giá đỡ(điểm tựa)

Theo thời hạn quy định trong mục bảo dỡng kỹ thuật cần kiểm tra và siết chặt lại êcubulông trớc và sau bắt chặt động cơ, mô men siết chặt êcu bulông của giá đỡ sau là 20-

Trang 8

Chơng 2

động học và động lực học của cơ cấu

trục khuỷu - thanh truyền

2.1 Động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền

2.1.1 Quy luật động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền giao tâm

Tìm quy luật chuyển động tịnh tiến của pistôn là nhiệm vụ chủ yếu khi nghiêncứu động học của cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền Để tiện việc nghiên cứu ta giả thiếttrong quá trình làm việc trục khuỷu quay với một tốc độ góc w không đổi

1 Chuyển vị của piston(x)

Chuyển vị x tính từ ĐCT của piston tuỳ thuộc vào vị trí góc quay của trục khuỷu

từ hình vẽ ta có :

x= AO-(OD + DB)

= (l + R) – (R.cos  + l.cos )

- l: là chiều dài thanh truyền

- R: là bán kính quay của trục khuỷu

sin

2 2

1 1 2

1 2

1 sin

! 2

1 2

1 sin

2

1 1 sin

.

1

6 6 4

4 2

2 1 2

Trang 9

Khai triển vế phải của đẳng thức trên theo nhị thức Niuton ta có

Bỏ các số hạng luỹ thừa bậc 4 trở nên rồi thay trị số gần đúng

Tong đó s:là hành trình của piston

N:là tốc độ vòng quay của động cơ (vòng/phut)

- Động cơ tốc độ thấp : vtb=3,5 –6,5 m/s

2 1 2 2 2

2sin (1 sin )1

R x

d dx dt

R

) / ( 30

.

s m n s

v tb 

sin.16

1sin

.8

1sin

.2

Trang 10

- Động cơ tốc độ trung bình : vtb=6,5- 9 m/s

- Động cơ tốc độ cao: vtb >9 m/s

3.Gia tốc của piston:

Lấy đạo hàm công thức(3) đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc của piston

Trong đó C = (cos +  cos2)

Chiều của gia tốc quy định nh sau: chiều hớng tâm O là chiều dơng ngợc lại là chiều

Trị số của j’ chỉ tốn tại khi >= 1/4

Trị số của j’ chỉ tồn tại khi   1/4 trị số chênh lệch tuyệt đối giữa j’ và

j =1800 là:

Khi  =1/4 trị số chênh lệch này bằng 0 lúc này:

d dv dt

C R

sin   2  sin 2  sin  sin    41   sin 4   cos cos   0

4 1 arccos 0

cos 4 1

1 0

2 0

2

R j

8

2 180

Trang 11

§å ¸n m«n häc - CÊu t¹o «t« GVHD: th.s trÇn v¨n anh

Quan hÖ cña hµm j =f() khi  <1/4 vµ  >-1/4

Trang 12

Hình2.4: Đồ thị tole

Quy luật động học của thanh truyền

Thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền chuyển động rất phức tạp trong mặtphẳng vuông góc với đờng tâm trục khuỷu, đầu nhỏ thanh truyền chuyển động tịnh tiếntheo phơng đờng tâm xylanh, trong khi đó đầu to thanh truyền chuyển động quay trònquanh đờng tâm trục khuỷu với tốc độ coi nh không đổi

Vì vậy chuyển động của thanh truyền đối với dờng tâm xylanh biến thiên theoquan hệ sau đây:

dx dx

d dt

d tt

2 2

sin

.

tg x x

dx

d dt

dx dx

d dt d

tt

tt tt

sin1

Trang 13

2.2 động lực học của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2.2.1 Khối lợng của các chi tiết chuyển động

Khối lợng của các chi tiết này của cơ cấu kt-tt đợc chia làm 2 loại :

- Khối lợng chuyển động tịnh tiến

- Khối lợng chuyển động quay

1 Khối lợng của nhóm piston

- Khối lợng của nhóm piston bao gồm:

khối lợng của piston , xéc măng, chồi piston, cán guốc trợt …

mnp = mp +mx +mc + mcg +mg +… (kg)

- Khối lợng nhóm piston là Khối lợng chuyển động tịnh tiến

2 Khối lợng của thanh truyền

Do thanh truyền chuyển động song phẳng :

đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến , đầu to chuyển động quay nên khi xét Khối l ợng củathanh truyền thờng phải quay về hai tâm :tâm đầu nhỏ và tâm đầu to

Nói chung khi thay thế thanh truyền thực bằng các khối lợng tơng đơng bao giờ tacũng đảm bảo điều kiện bảo toàn của động năng các phơng án quy dẫn khối lợng củathanh truyền đợc thể hiện trên hình vẽ

Trang 14

- Phơng án (a) thay thế Khối lợng thanh truyền bằn hệ tơng đơng một khối lợng tập

song fẳng Vì vậy qua tính toán ta thấy rằng nếu thay thế thanh truyền sẽ chịu tác độngcủa một khối thanh truyền chuyên động tịnh tiến

Sinh viên thiết kế: Vũ văn chí l 14 Lớp: Cs ôtô 36

l l m

1 

Phân khối lợng thanh truyền thành 3

điểm Phân khối lợng thanh truyền thành 2 điểm

Hinh 2.5: Các phơng án quy dẫn khối lợng thanh truyền

Trang 15

đặt tại tâm đầu nhỏ và một khối lợng chuẻn động quay:

đặt tại tâm đầu to

Ngoài ra cơ cấu còn chịu một mô men:

- Phơng án (b) thay thế thanh truyền bằng hệ tơng đơng 2 khối lợng tập chung ở tâm

đầu nhỏ và tâm đầu to Phơng án này tu ý nghĩa vật lý rất rõ ràng nhng không thoả mãn

đợc điều kiện động năng không đổi cụ thể : phơng án chỉ thoả mãn 2 điều kiện:

mA+ mB = mtt

mA.l1 – mB (l-l1) = 0

từ đó rút ra:

mômen quán tính của hệ thay thế

khối lợng phân bố càng xa trọng tâm thì Iocàng lớn hơn IG mônem quán tính của thanhtruyền thực

- Phơng án (c) :Phân bố thanh truyền thành 2 khối lợng: một đặt ở tâm đầu nhỏ và một

đặt ở tâm giao động con lắc k (coi thanh truyền giao động nh một con lắc) phân bốkhối lợng theo phơng án này hoàn toàn bảo đảm điều kiện năng động không đổi Nghĩa là:

mA + mK = mtt

mA .l1 – mK.lo = 0

mA..l12 + mK l02= IG

bớc quy dẫn mK về 2 tâm đầu nhỏ và tâm đầu to nh phơng án (a)

l

l m

2 

1

. l l l m

l

l m m

l

l d m m

tt B

tt A

I l l l m I

l l l

l m l l

l l m I

2 1 2

1 12

1

Trang 16

- Phơng án (d) :phân bố thanh truyền thành 2 Khối lợng và một mômen thanh truyền.Phơng án này khắc phục đợc nhợc điểm của phơng án(b) mômen thanh truyền của hệthay thế có trị số :

- Phơng án (e) :phân bố thanh truyền thành 2 Khối lợng để thoả mãn điều kiện động

năng và thế năng không đổi Nghĩa là:

yêu cầu

Tóm lại: Để thuận tiện cho việc nghiên cứu thiết kế ngày nay ngời ta vẫn thờng quy

dần khối lợng thanh truyền theo phơng án (b) một khối lợng tập chung ở đầu nhỏ (m1)

và một khối lợng tập chung ở đầu to (m2)

Ngày nay thanh truyền các loại động cơ ô tô thờng có :

tâm đầu nhỏ một khoảng l1 một khoảng

B A

tt G B A

I l l m l m

l l m l m

m m m m

1 1

.

0

Trang 17

Xác định theo công thức sau:

Nếu có bản vẽ của thanh truyền chia thanh truyền thành 4 phần (hình vẽ) Xác

định khối lợng của trọng tâm từng phần Biẻu diẽn các khối lợng này bằng các véc tơ

t-ơng ứng 1,2,3,4 đặt nối tiếp nhau trên đờng thẳng AB vuông góc với đờng tâm thanhtruyền ta có:

Từ một điểm O bất kỳ ngoài đờng AB ta kẻ các điểm nối O với đầu nút các véctơ thành phần Sau đó từ điểm C trên phơng lực truyền của véc tơ 1, kẻ đờng thẳng CDsong song với 1-2 của đa giác véc tơ ,DE song song với 2-3, CF song song với 3-4, từ C

và F kẻ CG song song với OA và FG song song với OB ,giao điểm G là trọng tâm của

mH xác định đợc điểm G ta sẽ có l1, l2 để tính khối lợng tịnh tiến m1 và khối lợngchuyển động quay m2 của thanh truyền

theo đa giác vecto

3 Khối lợng của trục khuỷu

Để xác định khối lợng của trục khuỷu ta chia trục khuỷu thành các phần nh hìnhvẽ

Xác định khối lợng của trục khuỷu

4 3 2

1   



tt

m

Trang 18

Trong đó :

Phần khối lợng chuyển động quay theo bán kính R là mOK (phần gạch dọc trên hình vẽ)

quy dẫn về tâm chốt khuỷu bằng khối lợng mmr thì:

2.2.2 Lực và mô men tác dụng nên khuỷu trục thanh truyền

Trong quá trình làm việc ,cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền chịu tác dụng củacác lực sau :

- Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

- Lực của môi chất khi bị nén và khi cháy giãn nở tác dụng nên đỉnh pittong (lựckhí thế)

- Trọng lực

- Lực ma sát

- Trừ trọng lực ra, các lực này còn lại đều có trị số và chiều thay đổi trong quátrình làm việc của động cơ do lực khí thể và lực quán tính có trị số rất lớn nên khi tínhtoán ta chỉ xét hai loại lực này

r r

P

nP P

F m m F

M m

F m m F

M m

1

1 2

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,52 MB