Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán piston và chốt pistona) Tính đỉnh pistonĐỉnh piston chịu lực rất phức tạp, vừa chịu tải trọng cơ khí, vừa chịu tải trọng nhiệt nên việc tính toán đỉnh piston cũng chỉ tính theo các phương pháp gần đúng, theo những giả thiết nhất định. Người thiết kế có thể căn cứ vào kết cấu cụ thể của đỉnh piston mà lựa chọn công thức tính kiểm nghiệm sức bền của đỉnh piston.•Công thức BackCông thức Back được xây dựng trên giả thiết sau: Coi đỉnh piston như một đĩa tròn, có chiều dày đồng đều, đặt tự do trên hình trụ rỗng. Áp suất khí thể pz tác dụng trên đỉnh piston phân bố đều.Lực khí thể Pz = pz. Fp và phản lực của nó gây uốn đỉnh piston, xét ứng suất trên tiết diện xx. Trên nửa đỉnh piston có các lực tác dụng sau:Lực khí thể: (MN) tác dụng lên trọng tâm của nửa hình tròncách trục x một khoảng Phản lực phân bố trên nửa hình tròn đường kính Di cũng có trị số bằng , tác dụng lên trọng tâm của nửa đường tròn cách trục xx một đoạn , do đó, đỉnh
Tính toán piston chốt piston a) Tính đỉnh piston Đỉnh piston chịu lực phức tạp, vừa chịu tải trọng khí, vừa chịu tải trọng nhiệt nên việc tính toán đỉnh piston tính theo phương pháp gần đúng, theo giả thiết định Người thiết kế vào kết cấu cụ thể đỉnh piston mà lựa chọn công thức tính kiểm nghiệm sức bền đỉnh piston • Công thức Back Công thức Back xây dựng giả thiết sau: - Coi đỉnh piston đĩa tròn, có chiều dày đồng đều, đặt tự hình trụ rỗng - Áp suất khí thể pz tác dụng đỉnh piston phân bố Lực khí thể Pz = pz Fp phản lực gây uốn đỉnh piston, xét ứng suất tiết diện x-x Trên nửa đỉnh piston có lực tác dụng sau: Lực khí thể: Pz π D = p z (MN) tác dụng lên trọng tâm nửa hình tròn 2 D π cách trục x khoảng y1 = Phản lực phân bố nửa hình tròn đường kính Di có trị số dụng lên trọng tâm nửa đường tròn cách trục x-x đoạn y = Pz , tác Di , đó, đỉnh π piston chịu mô men uốn là: Mu = Pz P D 2D ( y − y1 ) = z i − 2π 3π Coi Di ≈ D thì: D p z D (MN.m) 6π 24 Mô đuyn chống uốn đỉnh piston: M u = Pz = D.δ Wu = Do đó, ứng suất uốn đỉnh piston là: σ u = pz D2 4.δ Ứng suất uốn cho phép đỉnh piston sau: - Đối với piston hợp kim nhẹ Hình 8-30 Sơ đồ tính đỉnh piston theo Back + Đỉnh gân: [σu] = 20 ÷ 25 MN/m2 (200 ÷ 250 kG/cm2) + Đỉnh có gân: [σu] = 100 ÷ 190 MN/m2 - Đối với piston gang: + Đỉnh gân: [σu] = 40 ÷ 45 MN/m2 (400 ÷ 450 kG/cm2) + Đỉnh có gân: [σu] = 90 ÷ 200 MN/m2 Phương pháp Back thích hợp với loại đỉnh động xăng động diesel có buồng cháy xoắy lốc dự bị • Công thức Orơlin: Phương pháp coi đỉnh piston đĩa tròn ngàm cứng vào phần đầu piston Sơ đồ tính Hình 8-31 Sơ đồ tính đỉnh piston theo Orơlin toán hình 8-31: Khi chụi áp suất pz phân bố đỉnh, ứng suất pháp tuyến hướng kính lớn vùng nối tiếp đỉnh đầu tính theo công thức sau r2 σ x = ξ pz δ MN/m2 Trong đó: ξ hệ số xét đến tính đàn hồi ngàm cố định, thông thường ξ = Ứng suất hướng tiếp tuyến vùng nối tiếp đỉnh piston đầu tính theo r2 công thức sau: σ y = µ p z δ MN/m2 Trong đó: µ hệ số Poát-xông, Đối với gang, µ= 0,3; Đối với nhôm, µ = 0,26 r: khoảng cách tâm đỉnh piston đến mép ngàm cố định đỉnh Ở tâm đỉnh: r2 σ x = σ y = (1 + µ ) p z δ MN/m2 Ứng suất tâm đỉnh nhỏ ứng suất biên đó, sau cần tính ứng suất vùng ngàm cố định: σ = σ x2 + σ y2 Ứng suất cho phép: Đối với gang: [σ]=60 MN/m2 (600 kG/cm2) Đối với thép: [σ]=100 MN/m2 (1000 kG/cm2) Đối với hợp kim nhôm: [σ]=60 MN/m2 (600 kG/cm2) Công thức Orơlin thường dùng để tính đỉnh mỏng (có δ ≤ 0,2 D) với piston động diesel có buồng cháy thống b) Tính đầu piston Thường phải tính ứng suất tiết diện I-I Đây tiết diện nhỏ cắt qua rãnh vòng găng dầu cuối phần đầu piston Tiết diện chụi kéo lực quán tính âm khối lượng m1 – phần piston phía tiết diện gây Ngoài chịu ứng suất nén lực khí thể trình cháy giãn nở Ứng suất kéo tính sau: σk = Pj − I F1−1 = m1−1 j max , F1−1 Hình 8-32 piston H2-3 KếtKết cấucấu củacủa piston MN/m2 Trong đó: m1 – : khối lượng phần đầu piston phía tiết diện I – I jmax: gia tốc cực đại, tính với trạng thái vượt tốc nmax = (1,2÷1,3) nN Ứng suất kéo cho phép: [σk] = 10 MN/m2 Ứng suất nén: Pz π D σn = = p z max F1−1 4.FI − I Ứng suất nén cho phép: Đối với gang: [σu] = 40 MN/m2 (400 kG/cm2) Đối với nhôm: [σu] = 25 MN/m2 (250 kG/cm2) c) Tính thân piston Tính thân piston chủ yếu để chọn chiều cao thân để áp suất nén xi lanh không lớn, dễ bôi trơn đỡ hao mòn Tính kiểm nghiệm theo công thức sau: K th = N max D.l th Trong đó: Kth: áp suất tiếp xúc MN/m2 Nmax lực ngang lớn nhất, xác định Nmax theo công thức kinh nghiệm sau Đối với động xăng: Nmax = 0,3.λ[(16,25 - ε) Pz.max – 16].D2 (MN) Đối với động diesel: Nmax = (0,8÷1,3) Pz.max.Fp (MN) Trong đó: λ= R tham số kết cấu, ε tỉ số nén l Pz.max : áp suất cực đại D: đường kính xi lanh, cm Fp: diện tích đỉnh piston, cm2 Trị số cho phép{Kth] tính sau: - Động ô tô máy kéo: [Kth] = (0,3 ÷ 0,5) MN/m2 - Động ô tô cao tốc: [Kth] = ( 0,6 ÷ 1,2) MN/m2 d) Tính bệ chốt piston Tính bệ chốt nhằm mục đích kiểm tra khả trì màng dầu bôi trơn chốt piston Áp suất nén bệ chốt piston tính theo công thức: Kb = Pz 2.d ch l b (MN/m2) Trong đó: dch: đường kính chốt piston, (m) lb: chiều dài bệ chốt tiếp xúc với chốt (m) Ứng suất cho phép: - Đối với chốt lắp ghép tự do, piston hợp kim nhẹ: [Kb] = 20 ÷ 30 MN/m2 - Đối với chốt lắp ghép tự do, piston hợp kim gang: [Kb] = 35 MN/m2 - Đối với chốt cố định, piston hợp kim nhẹ: [Kb] = 25 ÷ 30 MN/m2 - Đối với chốt cố định, piston gang: [Kb] = 25 ÷ 40 MN/m2 e) Tính toán chốt piston Chốt piston làm việc trạng thái bị uốn, chụi cắt, chịu va đập biến dạng Vì phải tính sức bền chốt trạng thái chịu lực theo hình 8-10 • Tính ứng suất uốn Ta coi chốt dầm tự đặt gối tựa Lực mô men tác dụng phân bố sơ đồ a, b, c Khi chốt bị uốn, lực tác dụng phân bố gần giống sơ đồ b để đơn giản, ta coi lực phân bố sơ đồ a c Khi có lực khí thể cực đại Pz, chốt piston chịu uốn lớn chốt (tiết diện I – I) Tính theo sơ đồ a: Mu = Pz l l đ − (MN.m) 2 Do đó: σu = Mu Pz l lđ = − Wu 0,2d cp (1 − α ) Trong đó: Wu: mô men chống uốn chốt rỗng: lcp 4 π d cp − d Wu = ≈ 0,1d cp3 (1 − α ) 32 d cp α= d0 hệ số độ rỗng chốt d cp Trong đó: Hình 8-33 Sơ đồ lắp ghép trạng thái dcp: đường kính chốt piston (m) chụi lực chốt piston d0: đường kính chốt (m) l: khoảng cách gối đỡ lđ: chiều dài đầu nhỏ truyền Tính theo sơ đồ c: Coi Pz/2 tác dụng điểm cách đầu mút chốt piston khoảng 2/3 l1 (l1 chiều dài làm việc bệ chốt) coi lcp ≈ 3.l1 ; l1≈ lđ ứng suất uốn chốt piston tính theo công thức: σu = M u Pz (lcp + 0,5lđ ) = Wu 1,2d cp3 (1 − α ) (MN/m2) Trong đó: lcp chiều dài chốt piston (m) • Tính ứng suất cắt Chốt piston chịu cắt tiết diện II – II Ứng suất cắt xác định theo công thức sau : τ c = Pz 2.Fcp (MN/m2) Trong đó: Fcp tiết diện ngang chốt piston, ứng suất uốn ứng suất cắt cho phép theo bảng sau: Vật liệu chốt piston Thép cácbon Thép hợp kim Thép hợp kim cao cấp [σu] , MN/m2 60÷120 150÷250 350÷450 [τc], MN/m2 50÷60 50÷70 - Tính toán xéc măng a) Tính xécmăng đẳng áp Khi lắp xéc măng vào xi lanh, chịu ứng suất uốn áp suất mặt công tác giả thiết phân bố hình vẽ Xéc măng có tiết diện hình chữ nhật, chiều dày t, chiều cao h Khi lắp vào xi lanh, đường kính xéc măng D, đường kính trung bình D0 D0 = D – t = 2r0 Để tính mô men uốn xéc măng tiết diện B – B, ta xét phân tố dϕ xéc măng Phân tố chịu lực tác dụng dP tính sau: dP = phrdϕ Trong đó: p: áp suất tiếp xúc xéc măng khí trạng thái công tác r: bán kính xéc măng trạng thái công tác Đối với tiết diện B – B đó, dP gây nên mô men uốn: dM = phrr0sin (ϕ - α) dϕ Tổng mô men tác dụng tiết diện B – B bằng: π π α α M = ∫ dM = ∫ phrr0 sin(ϕ − α )dϕ = phrr0 (1 + cos α ) Tại tiết diện A – A , α= 0, mô men uốn có giá trị cực đại: t t M max = phrr0 = phr 1 − = phD 1 − D D Ứng suất uốn lớn tiết diện A – A, ta gọi ứng suất ứng suất công tác σu1: σ u1 = M max Wu t phD 1 − D = p D − 1. D (MN/m2) = t t ht Ứng suất nén cho phép [σu1] sau: - Đối với động cường hóa: [σu1] = 200÷300 (MN/m2) - Đối với động ô tô máy kéo: p = const [σu1]=300÷400 (MN/m2) Nhận xét: Từ công thức tính ứng suất uốn, ta thấy ứng suất uốn tỉ lệ thuận với áp suất p với bình phương Hình 8-34 Sơ đồ tính toán xéc măng đẳng áp tỉ số D/t không liên quan đến chiều cao h xéc măng Do sai số trình chế tạo xéc măng, áp suất phân bố bề mặt xéc măng thường không đồng áp suất bình quân dùng công thức: ptb = 0,142 E f D D − 1 t Trong đó: E: mô đuyn đàn hồi vật liệu Đối với gang xám: E = 1,00.105 MN/m2 Đối với gang hợp kim: E = 1,20.105 Mn/m2 f: lượng biến dạng xéc măng; f ≈ A - f0 ≈ (2,5 ÷ 4)t A: độ mở miệng trạng thái tự f0: khe hở miệng xéc măng trạng thái công tác Để đảm bảo bao kín, trị số cho phép áp suất bình quân [ptb] = 0,1 ÷ 0,2 MN/m2, Từ rút ra: σ u1 = 0,425 E f /t D − 1 t Khi lắp xéc măng vào piston, bị kéo doãng chịu ứng suất uốn ta gọi ứng suất lắp ghép, tính sau: σ u f − 0,115 3,9 t = E m D − 1 t Trong đó: m hệ số lắp ghép Lắp tay, m = Lắp đệm, m = 1,57 Lắp kìm chuyên dụng: m = Ứng suất uốn lắp ghép cho phép: - Đối với động cường hóa: [σu2] = 300÷350 (MN/m2) - Đối với động ô tô máy kéo: [σu2] = 400÷450 (MN/m2) Trị số cao dùng cho xéc măng chế tạo gang hợp kim, ứng suất cho phép lắp ghép lớn ứng suất công tác: [σu2] > [σu1] Khi gia công, xéc măng chịu ứng suất gia công σu3: σu3 = η.σu1 Trong đó: η hệ số gia công, η = 1,25÷1,3 b) Tính xéc măng không đẳng áp Khi lắp vào xi lanh, áp suất mặt công tác phân bố không đều, áp suất phần miệng lớn áp suất không đẳng áp tính theo phương pháp Ghinxbua, cụ thể sau: - Chọn tỉ số D/t theo công thức: D m E = 0,5 + 0,2 +2 t H1 H 1σ u1 100 Trong đó; D: đường kính xi lanh m: hệ số lắp ghép E: mô đuyn đàn hồi vật liệu chế tạo xéc măng σu1: ứng suất uốn cho phép, lấy 400 MN/m2 H1: xác định theo công thức sau: H = +m g.C m Trong đó; g: hệ số gia công, chọn g = 1,25 Cm: hệ số phân bố áp suất không đẳng áp Nó có quan hệ đến mô men uốn cực đại, thể áp suất tập trung phần miệng (10 0÷200 hai bên miệng) Hệ số C m thay đổi theo tỉ số pmax/ptb pmin/ptb vùng 100÷200 hai bên miệng Chọn Cm= 1,74 ÷ 1,87 - Tính chiều dày xéc măng t, độ mở miệng xéc măng trạng thái tự A theo công thức sau: A = t 2π (3 − ξ ) D / t − 1,4 + gmC m D / t −1 Trong đó: ξ: hệ số phụ thuộc vào đường cong phân bố áp suất, thông thường ξ= 0,196 Trong phạm vi kích thước xéc măng có tham số kết cấu D/t = 20 ÷ 30; A/t = 2,5 ÷ 4, tính loại ứng suất sau: - Ứng suất uốn xécmăng không đẳng áp xécmăng làm việc (ứng suất công tác) tính theo công thức: σ u1 = 2C m AE D (MN/m2) π (3 − ξ ) D − 1 t Hình 8-35 Phân bố áp suất xéc măng đẳng áp không đẳng áp - Ứng suất lắp ghép tính theo công thức σ u2 A E 1 − tπ (3 − ξ ) = (MN/m2) DD m − 1,4 t t - Ứng suất gia công tính theo công thức σu3 = η.σu1= (1,25 ÷ 1,3).σu1 - Áp suất bình quân xéc măng không đẳng áp tác dụng lên mặt xi lanh bằng: A t ptb = D D (3 − ξ ) − 1 t t 0,425 E (MPa) Qui luật phân bố áp suất không đẳng áp xéc măng vẽ gần theo công thức: p = δ.ptb (MPa) Trong đó: δ hệ số phân bố áp suất, xác định theo góc α tính từ ngàm cong (điểm đối diện với miệng xéc măng) kê bảng sau: α δ 1,051 30 1,047 60 1,137 90 0,896 120 0,456 150 0,670 180 2,861 Nhận xét: Ta thấy áp suất vùng miệng xéc măng có trị số lớn Các ứng suất [σu1]; [σu2]; [σu3] dùng trị số tương ứng xéc măng đẳng áp 8.1.5 Tính toán nhóm truyền Tính sức bền đầu nhỏ Khi tính toán đầu nhỏ truyền thường tính chế độ công suất lớn Nếu động có điều tốc hạn chế tốc độ vòng quay tính toán chế độ tính toán số vòng quay giới hạn lớn động Nếu phận giới hạn số vòng quay điều tốc số vòng quay lớn n max vượt số vòng quay chế độ công suất lớn 25%÷30%; tức là: nmax = (1,25 – 1,30).ne a) Loại đầu nhỏ dày d2/d1>1,5 d2 d1 đường kính đường kính đầu nhỏ truyền Ứng suất kéo lực quán tính Pj khối lượng nhóm piston ứng với số vòng quay lớn tác dụng đầu nhỏ truyền tính sau: σk = Pj max 2.F = Pj max (MN/m2) 2l đ s Trong đó: Pj max = mRϖ2 (1+λ).Fp m: khối lượng nhóm piston tính đơn vị diện tích đỉnh piston Fp: diện tích đỉnh piston lđ, s : chiều dài chiều dày đầu nhỏ truyền Ứng suất cho phép: [σk] = 30 ÷ 60 MN/m2 Hình 8-36 Sơ đồ tính toán đầu nhỏ truyền Mô men uốn lực pháp tuyến tác dụng tiết diện A – A nắp đầu to tính gần theo công thức sau: M A = Pđ Hình 8-43 Sơ đồ tính sức bền đầu to truyền c (0,0127 + 0,00083γ ) N A = Pđ (0,522 + 0,003γ ) Trong đó: γ0 góc đường tâm đầu to truyền với tiết diện ngàm Vậy mô men uốn lực pháp tuyến tác dụng nắp đầu to tiết diện A-A là: jđ P c (0,0127 + 0,00083γ ) M = MA = đ jđ + jb + jb jđ N = NA Fđ P (0,522 + 0,003γ ) = đ Fb Fđ + Fb 1+ Fđ Vậy ứng suất lớn tác dụng nắp đầu to là: M N c(0,0127 + 0,00083γ ) 0,522 + 0,003γ σ = + = Pđ + ∑ Wu Fđ F j 2Wu 1 + b Fđ 1 + b jđ Fđ Trong đó: Wu: mô men chống uốn nắp đầu to tiết diện A – A Fb, Fđ: diện tích tiết diện bạc lót nắp đầu to tiết diện A – A Đối với truyền động thường dùng, lấy γ0 = 400 Vậy ứng suất tổng thường tính theo công thức sau: 0,023c σ = Pđ ∑ j Wu 1 + b jđ 0,4 + Fb + Fđ Ứng suất cho phép sau: - Đối với động ô tô máy kéo, đầu to truyền làm thép hợp kim hay thép cácbon: [σΣ] = 150 ÷ 200 (MN/m2) - Động tĩnh tại, tàu thủy, đầu to truyền làm thép cacbon: [σΣ] = 60 ÷ 100 (MN/m2) - Động cường hóa công suất cao: [σΣ] = 200 ÷ 300 (MN/m2) Ngoài ra, để đảm bảo điều kiện làm việc mối ghép dễ hình thành màng dầu bôi trơn mối ghép, cần kiểm tra độ biến dạng hướng kính ∆d đầu to truyền theo công thức sau: 0,0024 Pđ c ∆d = Eđ ( J đ + J b ) (cm) Trong đó: Eđ: Mô đuyn đàn hồi vật liệu chế tạo đầu to truyền ∆d: phải nhỏ khe hở lắp ghép chốt khuỷu bạc lót đầu to truyền Thông thường, động ô tô máy kéo [∆d] = 0,06 ÷ 0,1 mm Tính bền bu lông truyền Trong trình lắp ghép, bu lông truyền chịu lực kéo tĩnh siết chặt bu lông, lực gây kéo xoắn bu lông Trong trình làm việc bu lông truyền chịu ứng suất thay đổi lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến chuyển động quay gây (không tính khối lượng nắp đầu to truyền) Bu lông truyền chịu lực lớn piston ĐCT, tính sau: Rϖ Pb = Pj + Pkđ = Fp [ m(1 + λ ) + (m2 − mn )] z Trong đó: z: số bu lông truyền mn: khối lượng nắp đầu to truyền Pkđ: Lực quán tính li tâm không kể nắp đầu to truyền Lực siết bu lông truyền PA phải đảm bảo qua trình làm việc mối ghép chặt không lớn lực siết lớn gây biến dạng dẻo bu lông Theo kinh nghiệm thường chọn: PA = (2 ÷ 4)Pb Lực PA kéo bu lông truyền nén đầu to truyền Do đó, có lực Pb tác dụng, bu lông truyền chịu thêm phần lực Pb χPb Nếu hệ số giảm tải χ ≈ (0,15 ÷ 0,25) hợp lực tác dụng lên bu lông truyền thực tế là: Pbl = PA + χPb = (2 ÷ 4)Pb + (0,15 ÷ 0,25)Pb = (2,15 ÷ 4,25)Pb Ứng suất kéo bu lông trình làm việc bằng: σk = Pbl πd 02 Trong đó: d0: đường kính chân ren đường kính nhỏ thân bu lông Khi siết bu lông, lực siết ban đầu P A gây xoắn bu lông (do ma sát mặt ren): M x = µPA Trong đó: d tb (MN.m) µ: hệ số ma sát lấy 0,1 dtb: đường kính trung bình ren ốc Do đó, ứng suất xoắn là: τx = Mx Mx µP d = = A tb3 WX 0,2d 0,4d Ứng suất tổng: σ = σ k + 4τ x2 ∑ (MN.m) (MN/m2) Trị số ứng suất tổng cho phép: - Động ô tô máy kéo, bu lông truyền làm thép hợp kim [σΣ] = 120 ÷ 180 MN/m2 - Động công suất cao, bu lông làm thép hợp kim [σΣ] = 180 ÷ 250 MN/m2 - Động tĩnh tại, tàu thủy, bu lông làm thép cácbon [σΣ] = 80 ÷ 120 MN/m2 8.1.6 Tính toán trục khuỷu Phương pháp tính toán a) Giả thiết tính toán Tính toán trục khuỷu theo phương pháp phân đoạn, đoạn ứng với khuỷu, chiều dài đoạn khoảng cách tâm điểm ổ trục coi đoạn dầm tĩnh định đặt gối tựa Khi cắt đoạn trục khuỷu, ta giả thiết trục khuỷu dầm có độ cứng vững tuyệt đối Khi tính sức bền, thường tính cho khuỷu trục nguy hiểm nhất, tức khuỷu trục mà có tải trọng lớn b) Sơ đồ lực khuỷu trục Ký hiệu lực sơ đồ sau: - T Z lực tiếp tuyến pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu xác định theo công thức sau: T = p1 cos( α + β ) sin ( α + β ) F p ; Z = p1 Fp cos β cos β - Fp: diện tích đỉnh piston - Pr1: lực quán tính li tâm má khuỷu - C1 : lực quán tính li tâm chốt khuỷu - C2 : lực quán tính li tâm m2 - Pr2 : lực quán tính li tâm đối trọng - T’, Tằ ; Z’, Zằ phản lực tiếp tuyến pháp tuyến gối tựa bên trái bên phải T Z sinh Lực tác dụng điểm chốt khuỷu phương pháp tuyến : Z0 = Z – (C1 + C2), MN - M k' M k"' mô men xoắn tác dụng lên cổ trục bên trái (phía trước) bên phải (phía sau): Hình 8-44 Sơ đồ tính toán sức bền trục khuỷu M k' = ∑ Ti −1 R (MNm) M k" = ∑ Ti R = M k' + TR (MNm) Trong : ∑T i −1 : tống đại số lực tiếp tuyến khuỷu đứng trước khuỷu thứ i R : bán kính khuỷu - b h : chiều dày chiều rộng má hình chữ nhật Ứng suất lớn phát sinh trục khuỷu xảy trường hợp sau : - Trường hợp khởi động - Trường hợp lực hướng tâm lớn (Zmax) - Trường hợp lực tiếp tuyến lớn (Tmax) - Trường hợp lực ∑ Tmax Tính bền trường hợp chụi tải a) Trường hợp khởi động Tính toán trường hợp khởi động tính toán gần với giả thiết trục khuỷu vị trí ĐCT (α=00) Bỏ qua lực quán tính (do số vòng quay nhỏ) lực tác dụng khuỷu có giá trị lớn Pz max Lực tác dụng lên khuỷu là: Z0 = Z = pz max Fp T=0 Sơ đồ tính toán trường hợp khởi động hình 8-21 Các phản lực xác định theo công thức sau: Z ' = Z • l" ; l0 Z " = Z l' l0 Tính sức bền chốt khuỷu Mô men uốn chốt khuỷu (tính với tiết diện chốt) bằng: M u = Z ' l ' (MNm) Do đó, ứng suất uốn chốt khuỷu là: M u Z ' l ' σu = = Wu Wu (MN/m2) Trong đó: Wu: mô men chống uốn tiết diện ngang chốt khuỷu - Đối với chốt đặc: Wu ≈ 0,1d ch Hình 8-45 Sơ đồ lực tác dụng lên chốt khuỷu khởi động động (m3) π d ch4 − δ ch4 - Đối với chốt rỗng: Wu = (m3) 32 d ch Trong đó; - dch δch đường kính đường kính chốt khuỷu tính theo m • Tính sức bền má khuỷu Lực pháp tuyến Z gây ứng suất uốn nén tiết diện A-A má khuỷu: Ứng suất uốn má khuỷu bằng: M u Z ' b ' σu = = Wux hb (MN/m2) Ứng suất nén má khuỷu bằng: Z 2bh Ứng suất tổng: σn = (MN/m2) Hình 8-46 Sơ đồ tính bền má khuỷu σΣ = σu + σn (MN/m ) • Tính sức bền cổ trục khuỷu Ứng suất uốn cổ trục khuỷu: Z 'b ' σu = Wu (MN/m2) R h Trong thực tế, mô men uốn cổ trục trường hợp thường nhỏ nhiều so với mô men uốn Zmax chốt khuỷu nên không cần tính Pr1 Pr1 đến sức bền cổ trục a a b) Trường hợp lực hướng tâm lớn A-A C1 (Zmax) C2 Lực tác dụng khuỷu A A lúc Zmax vị trí trục b// b/ b khuỷu α = 00 (qui ước 00 vị / T T// trí trục khuỷu ĐCT M/K M//K điểm bắt đầu trình cháy Z// Z/ giãn nở) c/ c// Lực tác dụng Zmax xác định theo công thức sau: Zmax = Pz max - MRω (1+λ) (MN) Z0 = Zmax – (C1 + C2) Trong đó: Pr2 / l // l Pr2 l0 Hình 2-20 tính bền khuỷu trục Hình 8-47 SơSơ đồđồ tính sứcsức bền khuỷu trục khikhi Zmax M: khối lượng chuyển động tịnh tiến cấu khuỷu trục truyền: M = m1 + mnp (kg) C1: lực quán tính li tâm chốt khuỷu C1 = mchRω2 (MN) mch: khối lượng chốt khuỷu C2: lực quán tính li tâm khối lượng truyền tâm chốt khuỷu C2 = m2Rω2 ( MN) Do đó: Z0 = Pz max - Rω2 [(M(1+λ) + mch + m2] Ngoài lực Z0 ra, khuỷu trục chịu lực quán tính li tâm má khuỷu P r1 lực quán tính li tâm đối trọng Pr2 Lực tiếp tuyến T trường hợp Do đó, phản lực tác dụng gối trục xác định theo công thức sau : Z l " + Pr (2l " + c ' − c " ) − Pr1 (l − b ' + b " ) Z = l0 ' Z l ' + Pr (2l ' + c '' − c ' ) − Pr1 (l + b ' − b " ) Z = l0 " Nếu trục khuỷu hoàn toàn đối xứng thì: Z ' = Z " = Z0 − Pr1 + Pr 2 Hình 8-48 Đồ thị biểu thị mối quan hệ lực tiếp tuyến T theo góc quay α trục khuỷu Khi tính sức bền khuỷu trục động nhiều xi lanh, Z max ra, động chịu mô men xoắn khuỷu phía trước truyền đến Vì vậy, khuỷu chịu lực mô men xoắn lớn [Zmax (∑Ti-1)max] khuỷu nguy hiểm Muốn biết khuỷu nguy hiểm nhất, ta phải dựa vào đồ thị T = f(α) để xác định trị số lực tiếp tuyến T vị trí tính toán, sau lập bảng để tìm mô men lớn (∑Ti-1R)max Ví dụ : Động kỳ, xi lanh, góc lệch công tác δct = 1200, thứ tự làm việc xi lanh 1-5-3-6-2-4 Đồ thị biểu diễn quan hệ lực tiếp tuyến T = f(α) ứng với xi lanh hình 8-24 Căn vào đồ thị, ta xác định trị số T góc quay α α0 T (MN/m2) 00 1200 0,92 2400 - 0,62 3600 4800 0,64 6000 - 0,63 Do đó, xác định ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu động khuỷu chịu lực Zmax phương pháp lập bảng sau : Khuỷu trục α0 240 3600 4800 6000 0,92 - 0,62 - 0,63 - 0,62 - 0,63 0,64 - 0,63 0,64 T=0 ∑Ti-1 = 0,02 0,64 T=0 ∑Ti-1 = 0,64 0,92 - 0,62 0,92 0,64 - 0,63 - 0,63 - 0,62 T=0 ∑Ti-1 = - 0,33 T=0 ∑Ti-1 = 0,29 0,92 0,64 0,64 - 0,63 - 0,62 T=0 ∑Ti-1 = 0,31 0,92 - 0,62 120 T=0 ∑Ti-1 = 0 0,92 Nhìn vào bảng trên, ta thấy khuỷu số chịu lực (∑Ti-1)max Do đó, cần tiến hành tính toán sức bền khuỷu trục • Tính bền chốt khuỷu - Ứng suất uốn chốt khuỷu : M u Z 'l ' + aPr1 − c ' Pr σu = = Wu π d ch4 − δ ch4 32 d ch (MN/m2) Trong đó: c = c’ = c” (coi trục hoàn toàn đối xứng) - Ứng suất xoắn chốt khuỷu : τx = M k' = Wk ∑T i −1 R (MN/m2) Wk Trong đó: Wk mô men chống xoắn chốt khuỷu; Wk = Wu Đối với chốt đặc: Wk ≈ 0,2d ch3 Đối với chốt rỗng: Wk = (m3) π d ch4 − δ ch4 16 d ch - Ứng suất tổng ứng suất uốn xoắn là: (m3) σ • ∑ = σ u2 + 4τ x2 (MN/m2) Tính bền cổ trục khuỷu Tính sức bền cổ trục khuỷu thường tính tiết diện chỗ chuyển tiếp cổ trục má khuỷu (tiết diện nguy hiểm nhất) - Ứng suất uốn cổ trục: Mu Z 'b ' σu = = π Wu d ch 32 (MN/m2) - Ứng suất xoắn cổ trục: M k' ∑ Ti −1 R τx = = π Wk d ch 16 (MN/m2) Trong đó: dck đường kính cổ trục khuỷu - Ứng suất tổng ứng suất uốn xoắn là: (MN/m2) σ = σ + 4τ ∑ • u x Tính bền má khuỷu Trong trình làm việc, má khuỷu chịu nén chịu uốn theo trục x-x (xoz) y-y (yoz) - Ứng suất nén má khuỷu: Z ' − Pr (MN/m2) σn = bh - Ứng suất uốn mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục o-y): M uy M k' ∑ Ti −1 R σ = y = y = Wu Wu bh y u (MN/m2) - Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục o-x): M ux Z ' b ' + p r (a − c ' ) σ = x = Wu hb x u - Ứng suất tổng má khuỷu chịu nén chịu uốn bằng: σ ∑ = σ n + σ uy + σ ux (MN/m2) c) Trường hợp lực tiếp tuyến lớn (Tmax) Trong trường hợp này, vị trí tính toán khuỷu trục lệch so với ĐCT góc α = αTmax xác định đồ thị T = f(α), ta xác định Z đồ thị Z = f(α) Cũng ví dụ động xi lanh nói trên, ta xác định αTmax = 270; Tmax = 1,81 MN/m2 Các lực tác dụng lên khuỷu trục gồm: lực pháp tuyến Z, lực tiếp tuyến T max, lực quán tính mô men tích lũy ∑Ti-1R Căn vào đồ thị T = f(α), xác định lực tiếp tuyến T góc α cần tính: α0 T (MN/m2) 270 1,81 1470 0,55 2670 - 0,4 3870 -0,78 5070 0,4 6270 - 0,45 Lập bảng để tim khuỷu nguy hiểm: α0 1470 2670 3870 5070 6270 270 Tmax = 1,81 ∑Ti - = 0,55 - 0,4 -0,78 - 0,45 - 0,4 -0,78 - 0,45 0,4 - 0,45 0,4 Tmax = 1,81 ∑Ti - = 0,4 Tmax = 1,81 ∑Ti - = 0,4 0,55 - 0,4 0,55 -0,78 0,4 - 0,45 - 0,45 - 0,4 Tmax = 1,81 ∑Ti - = - 1,08 -0,78 Tmax = 1,81 ∑Ti - = -0,68 0,55 -0,78 0,4 -0,78 0,4 - 0,45 - 0,4 Tmax = 1,81 ∑Ti - = - 0,68 0,55 - 0,4 Khuỷu 0,55 Căn bảng ta thấy khuỷu thứ lực T max chịu mô men chiều lực ∑Ti – gây nên khuỷu khuỷu nguy hiểm nhất, đó, phải tính nghiệm bền cho khuỷu • Tính bền chốt khuỷu - Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục: M ux Z 'l ' + aPr1 − c ' Pr σ = = Wux Wux x u (MN/m2) - Ứng suất uốn mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục: M uy T 'l ' σ = = Wuy Wuy y u (MN/m2) π d ch4 − δ ch4 Đối với chốt hình trụ: Wux = Wuy = 32 d ch - Ứng suất uốn tổng cộng: (σ ) + (σ ) x u σu = y u (MN/m2) - Ứng suất xoắn chốt khuỷu: M k"' τx = = Wk (∑T i −1 + T )R (MN/m2) Wk - Ứng suất tổng hợp chịu uốn chịu xoắn σ • ∑ (MN/m2) = σ u2 + 4τ x2 Tính bền cổ trục khuỷu Trong tính toán sức bền cổ trục, thường tính sức bền cổ bên phải chịu lực lớn cổ bên trái - Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z” gây ra: M ux Z "b " σ = = Wux Wux MN/m2 x u - Ứng suất lực tiếp tuyến T” gây ra: M uy T "b" MN/m2 σ = = Wuy Wuy y u - Ứng suất uốn tống cộng: σu = (σ ) + (σ ) x u (MN/m2) - Ứng suất xoắn: τx = M k'' = Wk y u ( ∑T i −1 + T )R Wk (MN/m2) - Ứng suất tổng hợp chịu uốn xoắn: σ • ∑ = σ u2 + 4τ x2 (MN/m ) Hình 8-49 Sơ đồ phân bố ứng suất má khuỷu Tính bền má khuỷu Ta thường tính bền má khuỷu bên phải má chịu lực lớn bên trái: - Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z” gây ra: σ uz = M uz Z "b " = Wu hb (MN/m2) - Ứng suất uốn lực quán tính li tâm Pr2 gây ra: - Ứng suất uốn lực tiếp tuyến T” gây ra: σ uT = σ ur = T "r bh M ur Pr (a − c" ) = (MN/m2) hb Wu (MN/m2) Trong đó: r: khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm má (tiết diện I-I II-II) - Ứng suất uốn mô men xoắn gây ra: M k" Hình 8-50 Sơ đồ xác định tiết diện nguy hiểm má khuỷu bh a) Không có độ trùng điệp b) Có độ trùng điệp (MN/m2) - Ứng suất xoắn má khuỷu lực tiếp tuyến T” gây ra: σ uM = M k T "b " τx = = (MN/m2) Wk Wk Trong đó: Wk: mô men chống xoắn má khuỷu (m3) Do tiết diện xoắn má khuỷu có dạng chữ nhật nên chịu xoắn, ứng suất xoắn điểm tiết diện khác nhau: Ở điểm 1, 2, 3, có τk = Ở điểm I II có τ k max = T "b " g1 hb τk = τk max; (MN/m2) Ở điểm III IV có τk = τk ; τk = g2τk max (MN/m2) Trong đó: g1 g2 hệ số ứng suất phụ thuộc vào hệ số h/b Xác định trị số g1 g2 theo hình 8-51 - Ứng suất nén má khuỷu: Hình 8-51 Quan hệ hệ số ứng suất với h/b σu = Z " − Pr bh (MN/m2) Khi lập bảng để tính ứng suất tổng má khuỷu, ta qui ước ứng suất kéo mang dấu (+), ứng suất nén mang dấu (-) Ví dụ: Σσ1 = σn1 + σuz1 + σur1 + σuT1 + σuM Σσ2 = σn2 + σuz2 + σur2 + σuT2 + σuM2 - Ứng suất tổng điểm I II bằng: σ ∑ I , II = (σ ∑ I , II ) + 4τ K2 max (MN/m2) - Ứng suất tổng điểm III IV bằng: σ ∑ III , IV = (σ ∑ III , IV Điểm Ứng suất σn σuz σur σuT σuM Σσ τk σΣ ) + 4τ K2 (MN/m2) I II III IV + + + + Σσ1 Σσ1 + + Σσ2 Σσ2 + + + + Σσ3 Σσ3 + + Σσ4 Σσ4 + + + 0 ΣσI τk max σΣI + 0 ΣσII τk max σΣII + 0 + ΣσIII τk σΣIII + 0 + ΣσIV τk σΣIV d) Trường hợp lực ∑Tmax Trong trường hợp này, vị trí tính toán α = αΣTmax Góc αΣTmax xác định đồ thị ΣT = f(α) ứng với vị trí có giá trị ΣTmax Ngoài lực ΣTmax có lực Z, T ứng với giá trị ấy, lực quán tính li tâm mô men xoắn tổng lực tiếp tuyến khuỷu phía trước khuỷu tính toán gây (mô men ΣTi - 1R) Do đó, trường hợp này, ta phải xác định khuỷu chịu lực mô men lớn để tính Hình 8-52 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến động kỳ, xi lanh Cũng với ví dụ động xi lanh nêu trên, vào đồ thị ΣT = f(α), ta tìm αΣTmax = 800 vào đồ thị T = f(α), ta xác định giá trị lực tiếp tuyến ứng với góc α α0 T (MN/m2) 800 0,9 2000 - 0,2 3200 0,83 4400 0,1 5600 - 0,3 6800 0,27 Căn vào trị số lực tiếp tuyến T, lập bảng để xác định khuỷu nguy hiểm Khuỷu α0 800 2000 3200 4400 5600 6800 T = 0,9 ∑Ti - = - 0,2 0,83 0,1 - 0,3 0,27 0,83 0,1 - 0,3 0,27 T = 0,9 ∑Ti - = - 0,3 - 0,2 - 0,3 0,27 T = 0,9 ∑Ti - = 0,53 - 0,2 0,83 0,1 - 0,2 0,83 0,1 - 0,3 0,27 T = 0,9 ∑Ti - = 0,17 0,27 T = 0,9 ∑Ti - = 1,0 - 0,2 0,83 0,1 - 0,3 0,1 - 0,3 0,27 T = 0,9 ∑Ti - = 0,7 - 0,2 0,83 Căn vào bảng trên, ta thấy khuỷu thứ chịu ∑Ti - = 1,0 lớn so với khuỷu nên cần tính toán kiểm nghiệm sức bền Các công thức tính toán trường hợp giống công thức tính toán sức bền trường hợp khuỷu trục chịu T max Vì tính toán theo trình tự dùng công thức tương tự trường hợp khuỷu trục chịu Tmax, Ứng suất cho phép tính toán sức bền khuỷu trục thống kê bảng sau : Kiểu động Vật liệu trục khuỷu Động tĩnh Thép cácbon tàu thủy Chốt khuỷu 70 ÷ 100 (MN/m2) Má khuỷu 80 ÷ 120 (MN/m2) Cổ trục khuỷu 50 ÷ 80 (MN/m2) Động ô tô Thép hợp kim thép máy kéo cácbon 80 ÷ 120 (MN/m2) 120 ÷ 180 (MN/m2) 60 ÷ 100 (MN/m2) [...]... kia nên cần tính toán kiểm nghiệm sức bền Các công thức tính toán trong trường hợp này giống các công thức tính toán sức bền trong trường hợp khuỷu trục chịu T max Vì vậy có thể tính toán theo trình tự và dùng các công thức tương tự như trường hợp khuỷu trục chịu Tmax, Ứng suất cho phép khi tính toán sức bền của khuỷu trục thống kê trong bảng sau : Kiểu động cơ Vật liệu trục khuỷu Động cơ tĩnh tại... (MN/m2) Trị số ứng suất tổng cho phép: - Động cơ ô tô máy kéo, bu lông thanh truyền làm bằng thép hợp kim [σΣ] = 120 ÷ 180 MN/m2 - Động cơ công suất cao, bu lông làm bằng thép hợp kim [σΣ] = 180 ÷ 250 MN/m2 - Động cơ tĩnh tại, tàu thủy, bu lông làm bằng thép cácbon [σΣ] = 80 ÷ 120 MN/m2 8.1.6 Tính toán trục khuỷu 1 Phương pháp tính toán a) Giả thiết tính toán Tính toán trục khuỷu theo phương pháp phân... (Tmax) - Trường hợp lực ∑ Tmax 2 Tính bền các trường hợp chụi tải a) Trường hợp khởi động Tính toán trường hợp khởi động là tính toán gần đúng với giả thiết trục khuỷu ở vị trí ĐCT (α=00) Bỏ qua lực quán tính (do số vòng quay nhỏ) và lực tác dụng trên khuỷu có giá trị lớn nhất Pz max Lực tác dụng lên khuỷu sẽ là: Z0 = Z = pz max Fp T=0 Sơ đồ tính toán trường hợp khởi động như hình 8-21 Các phản lực... >9 m/s) Trong trường hợp này phải tính đến lực quán tính của các khối lượng chuyển đông tịnh tiến, lực quán tính chuyển động quay và lực quán tính chuyển động lắc để tính sức bền mỏi của thanh truyền Lực tác dụng lên thân thanh truyền khi nó chịu nén và uốn dọc là: P1 = pz + Pj = pz.Fp - mRω2.(1+λ).Fp • Tính sức bền mỏi của thân thanh truyền khi chịu tải trọng thay đổi: Mục đích của việc tính toán này... trung bình và tiết diện nhỏ nhất thường nằm trong phạm vi: 2,5 ÷ 3 Khi thanh truyền có sức bền mỏi đồng đều thì: nσx ≈ nσy ≈ nσ 3 Tính bền đầu to thanh truyền Tính sức bền đầu to thanh truyền thường là tính gần đúng, vị trí tính toán thường chọn ĐCT Đầu to thanh truyền chịu tác dụng của hợp lực: lực quán tính chuyển động tịnh tiến và lực quán tính của chuyển động quay và không xét đến khối lượng của... Thông thường, đối với động cơ ô tô máy kéo [∆d] = 0,06 ÷ 0,1 mm 4 Tính bền bu lông thanh truyền Trong quá trình lắp ghép, bu lông thanh truyền chịu lực kéo tĩnh khi siết chặt bu lông, lực này gây kéo và xoắn bu lông Trong quá trình làm việc bu lông thanh truyền còn chịu ứng suất thay đổi do lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay gây ra (không tính khối lượng của nắp... 5 2 Tính bền thân thanh truyền a) Thân thanh truyền tốc độ thấp và trung bình Trường hợp này chỉ tính tải trọng tĩnh do tác dụng của lực khí thể lớn nhất trong chu trình, bỏ qua các lực quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động lắc của thanh truyền Vị trí tính toán ứng với piston ở ĐCT Lực khí thể; Pz = pz.Fp • Ứng suất nén trên tiết diện nhỏ nhất của thanh truyền σ n max = Pz Fmin (MN/m2) Trong. .. l0 Tính sức bền của chốt khuỷu Mô men uốn chốt khuỷu (tính với tiết diện giữa chốt) bằng: M u = Z ' l ' (MNm) Do đó, ứng suất uốn chốt khuỷu là: M u Z ' l ' σu = = Wu Wu (MN/m2) Trong đó: Wu: mô men chống uốn của tiết diện ngang chốt khuỷu 3 - Đối với chốt đặc: Wu ≈ 0,1d ch Hình 8-45 Sơ đồ lực tác dụng lên chốt khuỷu khi khởi động động cơ (m3) π d ch4 − δ ch4 - Đối với chốt rỗng: Wu = (m3) 32 d ch Trong. .. max - MRω (1+λ) (MN) Z0 = Zmax – (C1 + C2) Trong đó: Pr2 / l // l Pr2 l0 Hình 2-20 tính bền của khuỷu trục Hình 8-47 SơSơ đồđồ tính sứcsức bền của khuỷu trục khikhi Zmax M: khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền: M = m1 + mnp (kg) C1: lực quán tính li tâm của chốt khuỷu C1 = mchRω2 (MN) mch: khối lượng chốt khuỷu C2: lực quán tính li tâm của khối lượng thanh truyền về tâm... α của trục khuỷu Khi tính sức bền của một khuỷu trục của động cơ nhiều xi lanh, ngoài Z max ra, động cơ còn chịu mô men xoắn của các khuỷu phía trước nó truyền đến Vì vậy, khuỷu chịu lực và mô men xoắn lớn nhất sẽ [Zmax và (∑Ti-1)max] là khuỷu nguy hiểm nhất Muốn biết khuỷu nguy hiểm nhất, ta phải dựa vào đồ thị T = f(α) để xác định trị số của lực tiếp tuyến T ở các vị trí tính toán, sau đó lập bảng ... áp 8.1.5 Tính toán nhóm truyền Tính sức bền đầu nhỏ Khi tính toán đầu nhỏ truyền thường tính chế độ công suất lớn Nếu động có điều tốc hạn chế tốc độ vòng quay tính toán chế độ tính toán số vòng... tốc độ cao (vtb >9 m/s) Trong trường hợp phải tính đến lực quán tính khối lượng chuyển đông tịnh tiến, lực quán tính chuyển động quay lực quán tính chuyển động lắc để tính sức bền mỏi truyền... nσ Tính bền đầu to truyền Tính sức bền đầu to truyền thường tính gần đúng, vị trí tính toán thường chọn ĐCT Đầu to truyền chịu tác dụng hợp lực: lực quán tính chuyển động tịnh tiến lực quán tính