đồ án tính toán thiết kế trục khuỷu

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU 3 1 : Mô tả khái quát về cơ cấu trục khuỷu 3 1.1: Chức năng của trục khuỷu 4 1.2: Điều kiện làm việc 41.3: Vật liệu và phương pháp chế tạo 4 1.4: Yêu cầu của trục khuỷu 41.5: Kết cấu của trục khuỷu 51.5.1: Phân loại 5 1.5.2: Kết cấu các bộ phận của trục khuỷu 6PHẦN II: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN 112.1 : Các thông số cần thiết 112.1.1: Các thông số cho trước 112.1.2: Các thông số tính toán 112.2 Tính toán kiểm nghiệm trục khuỷu 162.2.1: Trường hợp chịu lực Pzmax ¬ 182.2.2: Trường hợp chịu lực Tmax 20LỜI KẾT 28TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Để xây dựng thành công quá trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng một nền khoahọc kỹ thuật và công nghệ tương ứng Ngành công nghiệp Ôtô là một trong những ngànhphục vụ rất hiệu quả cho quá trình CNH-HĐH

Ngành công nghiệp Ôtô tuy không phải là một ngành mới,nhưng nó vẫn diễn ra rấtsôi động ở mỗi quốc gia khác nhau trên thế giới.Nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng củangành công nghiệp này Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách phù hợp thúc đẩy sựphát triển ngành công nghiệp Ôtô trong nước,từng bước phát triển và tiến tới sẽ sản xuấtđược Ôtô tại chính nước ta mà không phải nhập khẩu

Môn “Thiết kế và Tính toán Ôtô” là một trong những môn học đóng vai trò quantrọng trong việc thiết lập những cơ sở khoa học để thiêt kế và kiểm nghiệm bền các chi tiết,các cơ cấu,hệ thống cấu thành nên Ôtô

Môn học này là nền tảng cơ bản của ngành kỹ thuật Ôtô vì vậy nó đòi hỏi phải đượcxây dựng ngay từ những bước đi đầu tiên Xuất phát từ những điều kiện trên, em đã được

thầy giáo giao cho đề tài: “Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu”.

Trong quá trình thực hiện đề tài, được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong

khoa, đặc biệt là thầy Khổng Văn Nguyên, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay em

đã hoàn thành đề tài

Do điều kiện về thời gian cũng như hạn chế về trình độ của bản thân, thêm vào đóvấn đề nghiên cứu còn mới mẻ nên đề tài không tránh khỏi sai sót Vì vậy, em rất mongnhận được sự đóng góp, bổ sung của các Thầy - Cô giáo trong khoa và các bạn để đề tài

được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn!

Hưng Yên, ngày 12 tháng 4 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Trang 2

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU 3

1 : Mô tả khái quát về cơ cấu trục khuỷu 3

1.1: Chức năng của trục khuỷu 4

1.2: Điều kiện làm việc 4

1.3: Vật liệu và phương pháp chế tạo 4

1.4: Yêu cầu của trục khuỷu 4

1.5: Kết cấu của trục khuỷu 5

1.5.1: Phân loại 5

1.5.2: Kết cấu các bộ phận của trục khuỷu 6

PHẦN II: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN 11

2.1 : Các thông số cần thiết 11

2.1.1: Các thông số cho trước 11

2.1.2: Các thông số tính toán 11

2.2 Tính toán kiểm nghiệm trục khuỷu 16

2.2.1: Trường hợp chịu lực Pzmax 18

2.2.2: Trường hợp chịu lực Tmax 20

LỜI KẾT 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 3

Phần I : TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU

1 Mô tả khái quát về cơ cấu trục khuỷu

- Trục khuỷu là một chi tiết quan trọng và phức tạp nhất trong động cơ Nó có tácdụng biến lực của khí cháy đẩy piston qua thanh truyền thành chuyển động quay tròn vàđưa công suất của động cơ ra ngoài (tới các bộ phận khác) Mặt khác biến lực quán tínhcủa nó thành chuyển động các thanh truyền và piston Nó làm quay các bộ phận khác nhưtrục cam, quạt gió, bơm nước, máy phát điện

- Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu phụ tải thay đổi theo chu kỳ của lực khí thể

và lực quán tính của các khối vận động thẳng và quay, làm cho nó bị kéo, nén, uốn với ứngsuất khá lớn và chịu mài mòn Do vậy trục khuỷu được chế tạo bằng thép các bon rồi tôitần số cao (các cổ trục), bằng thép hợp kim hoặc bằng gang

Trang 4

- Trục khuỷu là chi tiết rất quan trọng trong đông cơ ôtô và có nhiệm vụ:

- Tiếp nhận lực khí cháy đẩy piston qua thanh truyền làm quay trục khuỷu và đưa côngsuất ra ngoài Đồng thời biến lực quán tính của nó thành chuyển động tịnh tiến của piston

và thanh truyền

1.2 điều kiện làm việc

- Chịu tải trọng thay đổi có chu kỳ do áp lực khí thể và lực quán tính

- Chịu mô men xoắn và uốn đổi chiều

- Chịu mài mòn do ma sát

- Tính không đều của mô men quay gây ra dao động dọc và dao động xoắn ngang

1.3 vật liệu và phương pháp chế tạo

- Vật liệu chế tạo trục khuỷu thường là thép cacbon, thép hợp kim, gang cầu

- Hệ số ma sát trong của thép cacbon lớn hơn thép hợp kim Vì vậy, nó có khả nănggiảm biên độ dao động xoắn

- Thép cacbon rẻ tiền

- Thép hợp kim có ưu điểm là tính năng cơ lý và sức bền cao, vì vậy thường dùng trêncác đồng cơ tốc độ trung bình và cao, lực quán tính lớn

- Các loại thép hợp kim thường dùng là: 45Mn2; 50Mn; 40Cr …

- Ngày nay ngoài thép người ta thường dùng gang cầu như: GZ50-1,5 để đúc trụckhuỷu vì nó có ưu điểm là: rẻ tiền, dễ đúc được kết cấu trục khuỷu lý tưởng, hệ số ma sáttrong lớn, ít nhảy cảm với ứng suất tập trung và gang dễ giữ dầu bôi trơn

1.4 Yêu cầu của trục khuỷu

- Có sức bền cao, cứng vững nhưng trọng lượng nhỏ

- Có độ chính xác gia công cao, độ cứng, độ bóng bề mặt cổ chốt, cổ khuỷu lớn

- Đảm bảo cân bằng động và tĩnh đồng đều mô men quay cao nhưng đơn giản dễ chếtạo

- Không xảy ra dao động cộng hưởng trong phạm vi số vòng quay sử dụng

1.5 Kết cấu của trục khuỷu

Trang 5

- Hình dạng kết cấu của trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, số kỳ của động cơ, thứ

tự làm việc của các xi lanh và số hàng xi lanh

- Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc vào đường kính xi lanh, khoảng cách giữa haiđường tâm xi lanh, phương pháp làm mát động cơ

1.5.1 Phân loại

a Trục khuỷu ghép và trục khuỷu nguyên

- Trục khuỷu ghép là trục khuỷu gồm nhiều chi tiết ghép lại với nhau

- Loại trục này thường dùng cho các động cơ cỡ lớn đôi khi dùng cho các động cơ cỡnhỏ như xe máy

Hình 1.3 Trục khuỷu ghép

- Trục khuỷu nguyên là trục chỉ gồm một chi tiết thường dùng cho các động cơ cỡ nhỏ

và trung bình

Hình 1.4 Ttrục khuỷu động cơ 4 xi lanh

1 Đầu trục 2 Chốt khuỷu 3 Cổ khuỷu 4 Má khuỷu

5 Đối trọng 6 Đuôi trục khuỷu

b Trục khuỷu trốn cổ và trục khuỷu đủ cổ

Trang 6

Gọi số xi lanh của động cơ là i và số cổ trục là Z

để dẫn động quạt gió, bơm nước…

- Trên đầu trục khuỷu của một số động cơ còn lắp bộ giảm chấn xoắn

- Đầu mút của đầu trục khuỷu có lắp đai ốc để khởi động quay tay và còn có tác dụnghãm chặt các bánh đai, ổ chắn dọc trục …

Hình 1.6 Kết cấu đầu trục khuỷu

b, Cổ trục khuỷu

Trang 7

- Cổ trục được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao Phần lớn cácđộng cơ có cổ trục cùng một đường kính Đặc biệt có động cơ thường là động cơ cỡ lớn,với đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuỷu để có sức bền đều Tuy nhiên

nó sẽ rất phức tạp vì có nhiều bạc lót hoặc ổ đỡ có đường kính khác nhau Cổ trục khuỷuthường rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu

c ,Chốt khuỷu

- Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ bóng và độ cứng cao

- Đường kính chốt thường nhỏ hơn đường kính cổ khuỷu nhưng cũng có trường hợpnhư động cơ cao tốc do lực quán tính lớn đường kính chốt khuỷu có thể bằng đường kính

cổ khuỷu chiều dài của chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cánh giữa hai đường tâm xylanh kề nhau và chiều dài cổ trục cũng như ở cổ khuỷu, chốt khuỷu có thể làm rỗng đểgiảm trọng lượng và tạo thàh cốc lộc dầu bôi tơn Để dẫn dầu từ thân máy đến các cổkhuỷu rồi theo các đường khoan trong cổ, má khuỷu dẫn lên chốt khuỷu

cố gắng giảm triệt để các phần không chịu lực của má

- Hình dáng của má khuỷu có các dạng như sau:

+ Loại má hình chữ nhật vát góc Loại này đơn giản dễ chế tạo

+ Loại má hình ô van là loại má lợi dụng vật liệu hợp lý nhất và phân bố ứngsuất đồng đều nhất nên được sử dụng nhiều nhất

Trang 8

+ Loại má hình tròn có ưu điểm sức bền cao, cho phép giảm chiều dày má đểtăng chiều dài cổ trục, chốt khuỷu, thuận lợi cho điều kiện bôi trơn cổ trục, chốt khuỷu,

má tròn cũng đơn giản dễ chế tạo

Hình 1.8 Các dạng má khuỷu

- Để trục khuỷu có độ cứng vững và đồ bền thường được thiết kế có độ trùng điệp kíhiệu là ε và được tính theo công thức sau:

Trong đó d ch: Đường kính của chốt

d c : Đường kính của cổ khuỷu

R : Bán kính quay trục khuỷu

Hình 1.9 Các biện pháp tăng bền má khuỷu

- Độ trùng điệp là phần mà hai cổ chốt và cổ khuỷu trùng nhau khi biểu diễn trụckhủy lên hình chiếu cạnh

- Độ trùng điệp càng lớn, độ cứng vững và độ bền của trục khuỷu càng cao Muốntăng độ trùng điệp ta có đường kính của cổ khuỷu hoặc cổ chốt, áp suất tiếp xúc và mài

ε= dch+ dc

Trang 9

mòn các cổ này sẽ giảm, giảm bán kính quay của trục khuỷu tứ là giảm hành trình hay vậntốc trung bình của piston nghĩa là giảm mài mòn cặp piston-xi lanh Điều đó được giảithích nhờ mối quan hệ sau:

- Cân bằng lực quán tính li tâm Pk của trục khuỷu (Hình 1.10a)

- Cân bằng một phần lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 (Hình 1.10b) Thôngthường người ta cân bằng một nửa lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 của pistonthanh truyền

- Đối trọng lắp ngược với hướng của trục khuỷu tạo ra lực quán tính li tâm có giá trịbằng:

Hình 1.10 Vai trò của đối trọng

- Như vậy trên phương ngang sẽ xuất hiện lực mất cân bằng mR2.sin/2 Phươngpháp cân bằng này về thực chất là chuyển một phần lực mất cân bằng trên một phương

Pjl

mR ω2

2

Trang 10

sang phương vuông góc Phương pháp này thường dùng cho những động cơ đặt nằmngang Để cân bằng triệt để lực quán tính chuyển động tịnh tiến, người ta dùng cơ cấu cânbằng lăngxetche thường dùng ở động cơ một xi lanh Ví dụ : Động cơ máy kéo Bông Senđối trọng trong trường hợp này không lắp trực tiếp trên trục khuỷu mà là lắp trên hai trụcdẫn động từ trục khuỷu (Hình 1.10c).

- Giảm tải trọng tác dụng cho một cổ trục, ví dụ: cho cổ giữa trục khuỷu động cơ 4 kỳ

4 xi lanh (Hình 1.10d) Đối với trục khuỷu này, các lực quán tính li tâm Pk tự cân bằngnhưng tạo ra cặp mômen Mpk luôn gây uốn cổ giữa khi có đối trọng, cặp mômen Mpk nêngiảm được tải cho cổ giữa

- Đối trọng còn là nơi để khoan bớt khối lượng khi cân bằng động hệ trục khuỷu

Về mặt nguyên tắc đối trọng càng bố trí xa tâm quay thì lực quán tính ly tâm cànglớn Tuy nhiên, khi đó sẽ làm tăng kích thước hộp trục khuỷu về mặt kết cấu, có các loạiđối trọng sau:

+ Đối trọng liền với má khuỷu, thông thường dùng cho động cơ cỡ nhỏ và trungbình như động cơ ôtô, máy kéo (Hình 1.11a)

+ Để dễ chế tạo, đối trọng được làm rời rồi lắp với trục khuỷu, lắp bằng phươngpháp hàn thường làm cho trục khuỷu biến dạng và để lại ứng suất dư làm giảm sức bền củatrục khuỷu nên phương pháp này ít được dùng Thông thường đối trọng được lấy bằngbulông với trục khuỷu (Hình 1.11b) để giảm lực tác dụng lên bulông, đối trọng được lắpvới má khuỷu bằng rãnh mang cá và được kẹp chặt bằng bulông (Hình 1.11c)

Hình 1.11 Kết cấu đối trọng

f, Đuôi trục khuỷu

Trang 11

- Đuôi trục khuỷu là nơi truyền công suất ra ngoài và trên đuôi trục khuỷu thường lắpbánh đà.

- Bánh đà lắp lên đuôi trục khuỷu bằng hai cách: lắp bằng đoạn trục hình côn, thườngdùng trên động cơ tĩnh tại và lắp bằng mặt bích dùng trên động cơ ô tô máy kéo

- Trên đuôi trục khuỷu thương bố trí các bộ phận sau: vành chắn dầu, ren hồi dầu,đệm chắn di chuyển dọc trục của trục khuỷu

Trang 12

PHẦN II : TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT

2.1 Các thông số cần thiết

2.1.1: Thông số cho trước

Loại động cơ Diesel, không tăng áp (YG6108ZLQB)

Kiểu động cơ Một hàng

Công suất động cơ Ne 177 (Kw)

Số vòng quay n 2300 (v/p)Suất tiêu hao nhiên liệu ge 227 (g/ml.h)

Số kỳ τ 04

Đường kính xi lanh D 105 (mm)Hành trình piston S 130 (mm)

Tỷ số nén ε 17,5

Số xy lanh i 06 (1-5-3-6-2-4)

Chiều dài thanh truyền ltt 220 (mm)Khối lượng nhóm piston mnp 2,5 (kg)Khối lượng thanh truyền mtt 3,0 (kg)

- Đường kính trong của chốt khuỷu : б ch= 0

- Đường kính ngoài cổ khuỷu:

=(0,70-0,85).105= (73,5-89.25)

Chọn dck= 85 (mm)

Trang 13

- Đường kính trong cổ khuỷu : б ck = 0

- Chiều dài chốt khuỷu:

Trang 14

c , = c ,, = 38 (mm)

- Bán kính góc lượn:

r = (0,06÷0,08)dch T131-[II]

=( 0,06-0,08).75,5 = (4,53- 6,04)

Chọn r=5 (mm)

- Khối lượng riêng của trục khuỷu : ρ =7800 ( kg/m3 )

- Khối lượng ly tâm của má khuỷu: m mk = 3,125 (kg)

- Khối lượng đối trọng : m dt =1,2 (kg)

- Khối lượng nhóm piston: mnp= 2,5 (kg)

- Khối lượng thanh truyền: mtt= 3,0 (kg)

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston:

Trang 15

Pz: áp suất khí thể (MPa) Lực tiếp tuyến và pháp tuyến:

T= p1.sin ⁡(α+ β ) cos ⁡(β) .Fp T31-[III]

Trang 16

Z=p1.cos ⁡(α+β ) cos ⁡(β ) .Fp T31-[III]

Trong đó:

Ptổng: áp suất tổng (MPa)

Ptổng = Pj + Pk

Fp: diện tích đỉnh piston (m2)

Trang 17

Bảng thông số tính toán

0 0.sin(α)00000 0.sin(α)00000 0.sin(α)00000 0.sin(α)00000 -0.sin(α)01262 -0.sin(α)00366 -0.sin(α)01628 0.sin(α)05382 0.sin(α)00000 0.sin(α)05382

50 0.sin(α)87266 0.sin(α)76604 0.sin(α)22215 0.sin(α)22402 -0.sin(α)00811 0.sin(α)00064 -0.sin(α)00748 0.sin(α)06263 0.sin(α)05715 0.sin(α)02932

80 1.sin(α)39626 0.sin(α)98481 0.sin(α)28559 0.sin(α)28963 -0.sin(α)00219 0.sin(α)00344 0.sin(α)00125 0.sin(α)07135 0.sin(α)07396 -0.sin(α)00855

90 1.sin(α)57080 1.sin(α)00000 0.sin(α)29000 0.sin(α)29423 0.sin(α)00000 0.sin(α)00366 0.sin(α)00366 0.sin(α)07376 0.sin(α)07376 -0.sin(α)02235

140 2.sin(α)44346 0.sin(α)64279 0.sin(α)18641 0.sin(α)18751 0.sin(α)00967 -0.sin(α)00064 0.sin(α)00903 0.sin(α)07913 0.sin(α)03936 -0.sin(α)07027

190 3.sin(α)31613 -0.sin(α)17365 -0.sin(α)05036 -0.sin(α)05038 0.sin(α)01243 -0.sin(α)00344 0.sin(α)00899 0.sin(α)07909 -0.sin(α)00981 -0.sin(α)07858

230 4.sin(α)01426 -0.sin(α)76604 -0.sin(α)22215 -0.sin(α)22402 0.sin(α)00811 0.sin(α)00064 0.sin(α)00875 0.sin(α)07885 -0.sin(α)04885 -0.sin(α)06445

280 4.sin(α)88692 -0.sin(α)98481 -0.sin(α)28559 -0.sin(α)28963 -0.sin(α)00219 0.sin(α)00344 0.sin(α)00125 0.sin(α)07135 -0.sin(α)07396 -0.sin(α)00855

290 5.sin(α)06145 -0.sin(α)93969 -0.sin(α)27251 -0.sin(α)27600 -0.sin(α)00432 0.sin(α)00280 -0.sin(α)00151 0.sin(α)06859 -0.sin(α)07110 0.sin(α)00520

320 5.sin(α)58505 -0.sin(α)64279 -0.sin(α)18641 -0.sin(α)18751 -0.sin(α)00967 -0.sin(α)00064 -0.sin(α)01030 0.sin(α)05980 -0.sin(α)04713 0.sin(α)03852

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	820,71 KB