2. PHÂN TICH ĐẶC ĐIỂM KÊT CÂU NHOM TRỤC KHUỶU, BẠC LÓT, BÁNH ĐÀ

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU NHÓM TRỤC-BÁNH ĐÀ 2.1.Đặc điểm: 2.1.1.Nhiệm vu : - Trục khuỷu là chi tiết quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất - Tiếp nhận lực từ piston qua thanh truyề

2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU NHÓM TRỤC

-BÁNH ĐÀ

2.1.Đặc điểm:

2.1.1.Nhiệm vu :

- Trục khuỷu là chi tiết quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất

- Tiếp nhận lực từ piston qua thanh truyền

- Biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài

2.1.2 Điều kiện làm việc :

- Trạng thái làm việc của khuỷu rất nặng:

+ Trục khuỷu chiụ tác dụng của lực khí thể, lực quán tính Các lực này có trị số rất lớn và biến thiên theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập mạnh

+ Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra htượng dao động dọc và dao động xoắn làm đcơ rung động mất cân bằng

+ Các lực này còn gây ra hao mòn các bề mặt ma sát cổ trục và trục khuỷu

2.1.3 Yêu cầu:

- Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ

- Có độ chính cao, bề mặt làm việc trục cần có độ bóng lớn, độ cứng cao

- Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều của động cơ nhưng đồng thời phải dể chế tạo

2.1.4.Vật liệu và phương pháp chế tạo trục :

a Vật liệu:

-Vật liệu được dùng để chế tạo thép cacbon có thành phần cacbon cao : 40 - 50%

Thép cacbon có ưu điểm sau :

+ Hệ số ma sát trong của thép cacbon lớn hơn thép hợp kim vì thế có khả năng giảm dao động xoắn lớn hơn , biên độ dao động xoắn nhỏ, ứng suất xoắn nhỏ

+ Thép cacbon rẻ tiền hơn thép hợp kim do đơn giá thành của trục rẻ hơn

b Phương pháp chế tạo:

- Trục khuỷu được chế tạo theo phương pháp đúc

- Ưu điểm của phương pháp đúc :

+Trọng lượng phôi và lượng gia công nhỏ

+ Có thể đúc được các chi tiết có kết cấu phức tạp

- Nhược điểm :

+ Thành phần kim loại của đúc khó đồng đều

+ Dể xảy ra các khuyết tật như rỗ ngót, rỗ khí,rạn nứt dần

2.2.Kết cấu trục khuỷu - bạclót - bánh đà:

2.2.1.Trục khuỷu:

- Trục khuỷu được chế tạo là trục khuỷu nguyên

- Trên trục khuỷu bao gồm:

+ Đầu trục khuỷu để lắp bánh răng dẫn động trục cam và lắp pully dẫn động bơm , quạt v v

+ Đuôi trục khuỷu có vách chắn dầu , ren hồi dầu và đuôi để lắp bánh đà

- Chiều dài tổng cộng trục khuỷu : 625 (mm)

2.2.1.1.Đầu trục khuỷu:

- Trên đầu ta lắp đai ốc khởi động M 18

- Để lắp pully ta dùng 6 đai ốc : M6

- Bánh răng dẫn động cam được lắp trên đầu trục khuỷu bằng then bán nguyệt

- Để ngăn dầu không tràn ra ngoài ta dùng phớt dầu và vòng chắn dầu

- Để tránh hiện tượng dịch chuyển trục của bánh răng

ta dùng đệm chắn dọc trục

2.2.1.2 Cổ trục :

- Đường kính cổ trục : dct= 0,65.D = 0,65.89 = 57,85 (mm)

- Chiều dài cổ trục : lct = (0,5 - 0,6) dct =28,9 (mm)

2.2.1.3 Chốt khuỷu :

-Đường kính chốt khuỷu

-Động cơ diezen 1 hàng : dch= (0,6-0,72)D = 0,6.89 = 53,4 (mm)

- Chiều dài chốt : lch = (0,8  1).dch= 0,8.53,4=42,7 (mm)

- Trên chốt khuỷu ta khoan lổ dầu để bôi trơn Vị trí lỗ dầu bôi trơn được xác định theo đồ thị mài mòn chốt khuỷu (phần ĐH & ĐLH)

+ Đường kính lỗ dầu: dl = 4(mm)

2.2.1.4 Má khuỷu:

- Chiều dày tuỷ thuộc vào tâm của 2 xylannh liền kề nhau

- Để giảm khối lượng vật liệu và giảm lực quán tính

ly tâm của má ta vát nghiêng má và vát bụng má khuỷu

- Để tăng sức bền và độ cứng vững của trục khuỷu ta cần tăng độ trùng điệp giữa cổ và chốt :

46 2

4 , 53 85 , 57 R 2

d

dch ct















mm

6 , 9





2.2.1.5 Đối trọng:

Đối trọng có nhiệm vụ chủ yếu:

- Cân bằng các lực và momen

quán tính không cân bằng của động

cơ chủ yếu là lực quán tính ly tâm

- Giảm phụ tải cho cổ trục

Căn cứ vào nhiệm vụ trên ta

xác định đối trọng theo lực quán

tính ly tâm :

Z’ = Z” = Z0 -Pr1-Pr2

- Chiều dày của đối trọng: bđt =

21,36 (mm)

- Bán kính đáy đối trọng: Rđ = 70

(mm)

- Để giảm vật liệu đồng thời tăng

bán kính ta vát 2 bên đối trọng với

bán kính: Rb = 90 (mm)

- Chiều cao tổng cộng của má khuỷu và đối trọng: 175 (mm)

2.2.1.6.Đuôi trục khuỷu:

- Để ngăn bôi trơn tràn ra ngoài ta dùng vành ngăn dầu và ren hồi dầu được gia công trên đuôi trục khuỷu

- Vòng ngăn dầu được làm bằng cao su

- Để lắp bánh đà ta dùng 6 bulông chiụ lực : M12

61,8 5

- Để giảm ứng suất cắt và dể dàng trong việc lắp đặt

ta dùng thêm 2 chốt định vị

- Trên đuôi trục khuỷu còn lắp ổ bi để nối với trục của

ly hợp

2.2.2 Bạc lót:

- Vật liệu chế tạo bạc lót là hợp kim chịu mòn bởi những ưu điểm sau :

+ Sức bền cơ học cao

+ Độ cứng cao

+ Hệ số dẫn nhiệt lớn

a Bạc lót cổ trục:

- Đường kính ngoài: dbct= 61,85

(mm)

- Chiều rộng bạc lót: bct= 28,9

(mm)

- Bề dày của bạc lót: δ = 2 (mm)

Trong đó lớp hợp kim chịu mòn δ hk

= 0,7 (mm)

- Trên mép của bạc lót ta dập

lưỡi gà để định vị bacû lót lên thân

máy

b Bạc lót chốt khuỷu:

- Đường kính ngoài: dbct= 57,4 (mm)

- Chiều rộng bạc lót: bct= 42,7

(mm)

- Bề dày của bạc lót: δ = 2(mm)

= 0,7 (mm)

- Trên mép của bạc lót ta dập lưỡi

gà nhô ra khỏi gộp bạc để định vị

bạc lót lên đầu to thanh truyền

2.2.3 Bánh đà:

a) Công dụng:

- Tích trữ năng lượng dư trong hành trình sinh công để bù đắp năng lượng thiếu hụt trong các quá trình tiêu hao công khiến cho trục khuỷu quay đều hơn

- Bánh đà còn có tác dụng đặc biệt trong những động

cơ có tỷ số nén cao, số xy lanh ít và khởi động động cơ bằng phương pháp quán tính

- Bánh đà còn là nơi ghi các ký hiệu các ĐCT, ĐCD, góc phun sớm, đánh lữa sớm

- Trong 1 số loại người ta dùng nam châm vĩnh cửu tạo

ra nguồn điện thế thấp của hệ thống đánh lữa bánh đà từ (Vôlăng Manhêtic)

b) Kết cấu:

- Bánh đà được đúc bằng gang xám

- Bánh đà được sử

dụng trong cơ cấu là

bánh đà dạng đĩa (phù

hợp với động cơ nhiều

xylanh và tốc độ cao)

c) Ưu điểm :

+đơn giản

+Chiều dài đồng

đều nên khi đúc tránh

được ứng suất trong

d) Tính toán các

kích thước cơ bản

của bánh đà:

Chọn sơ bộ đường

kính ngoài:

mm

D2  400

mm

D1  170

Đường kính trong:

mm

D0  53 Theo công thức:



3600 2 2

n

L D

tb

bd 

Đường kính trung bình:

Dtb = R1 + R2 = 200 + 85 = 285 (mm) Độ không đồng đều của bánh đà:

Theo công thức kinh nghiệm:

300

1 200

1





 chọn :  1 / 250  0 , 004

Công dư trong 1 chu trình:

M: tỷ lệ xích của momen

mm

T M

0322 , 0 63 , 0 05114 , 0

.





  



 mm





Theo đồ thị T (phần ĐLH ) ta có:

Giả sử diện tích F1là 1 tam giác cân:

1 40.82/2 1640mm

MN m

m MN

L d

10

808 , 52

10

0322 , 0 1640

6 6









 

kg

m N

m N

G bd

322 , 5

/ 22 , 53

/ 10

210 004 , 0 4500

10 808 , 52 3600

2

2 6

2 2

6







Để xác định bánh đà trong thực tế ta phải nhân thêm hệ số :

2 , 1 1 ,

1 





kg

G bd  ( 1 , 1  1 , 2 ) 5 , 322  5 , 85 Bề dày bánh đà:

2

2

 Trong đó :

 

5 3

/ 10

7850

/ 7850

m MN

m kg









mm

b

5 , 16

14352

10 14 , 3 7850

85 , 5

5







3.TÍNH TOÁN NHÓM TRỤC KHUỶU - BẠC LÓT- BÁNH ĐÀ

3.1.Tính sức bền trục khuỷu:

- Theo quan điểm của sức bền vật liệu : trục khuỷu là

1 dầm siêu tĩnh đặt trên nền đàn hồi ( do thân máy biến dạng )

- Do tải trọng trên trục khuỷu rất phức tạp nên để tính toán ứng suất thực tế rất khó khăn để đơn giản người ta thường dùng phương pháp phân đoạn để tính toán sức bền trục khuỷu

3.1.1.Giả thiết tính toán:

- Trục khuỷu có độ cứng vững tuyệt đối

- Không xét đến biến dạng của thân máy

- Không tính đến liên kết khi chịu lực

- Tính toán theo sức bền tĩnh

- Khi xét đến sức bền động sử dụng các hệ số an toàn, trên cơ sở độc lập các khuỷu trừ momen

3.1.2.Tính theo phương pháp phân đoạn:

a: Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuỷu :

T: lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu

Z: lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu

 

Fp P

cos

cos

1





 



 

Fp P

cos

sin

1





 



Fp: diện tích

đỉnh piston

1

C :lực quán

tính ly tâm của chốt

khuỷu

2

C : lực quán

tính ly tâm của khối

lượng thanh truyền

quy dẫn vè đầu to

thanh truyền

21

Pr : lực quán

tính ly tâm của đối

trọng

1

Pr : lực quá tính ly tâm của má khuỷu

'' ' Z

Z  : phản lực pháp tuyến của các gối trục trái và phải

T’=T’’ : phản lực tiếp tuyến của các gối trục trái và phải

'

k

M : momen xoắn sinh ra ở cổ trục bên trái

Momen này do các lực tiếp tuyến của khuỷu trục nằm phía trước khuỷu tính toán gây ra

Nếu khuỷu đang tính thứ i thì :

R T







1



T i : tổng các lực tiếp tuyến của khuỷu trục đứng trước khuỷu trục tính toán

R : bán kính khuỷu trục

Mk: momen xoắn sinh ra ở cổ trục bên phải

Momen này do các lực tiếp tuyến của khuỷu trục thứ 1 cho đến khuỷu thứ i gây ra

R T





i

T

 : tổng các lực tiếp tuyến của khuỷu trục thứ nhất cho đến khuỷu thứ i

R : bán kính khuỷu trục

a1.Trường hợp khuỷu trục chịu Z max :

Lực tác dụng trên khuỷu trục Zmaxvà vị trí của khuỷu

0

 (quy ước 0 0là vị trí khuỷu trục ở ĐCT và là điểm bắt đầu quá trình cháy giản nở )

Lực tác dụng theo công thức:



max

= P Zmax  P Jmax

= 7,5-3,3147 =4,185MN / m2

 1 2

max

2

`

Theo bảng :

- Động cơ xy lanh 1 hàng :

d ch  0  , 6 0 , 72

0 , 6  0 , 72 89  53 , 4mm



  ch

l  0  , 8 1

=0 , 8  153 , 4  42 , 7mm

-Khối lượng chốt khuỷu :



.l

F

 : khối lượng riêng vật liệu chốt

 kg/cm3)=7800(kg/m3)

lch : chiều rộng chốt

Fch: diện tích chốt

 

4

2

ch ch

d

 2 2238 , 5 10 6 2

4

4 ,



 

Chốt đặc :

mch=Fch.l.

mch=2238,5.10-6.42,7.10-3.7800

=0,74 (kg) Khối lượng chốt trên 1 đơn vị đỉnh piston :

) / ( 35 , 119 0062 , 0

74 ,

Fp

m

Lực quán tính ly tâm chốt :

2 3

1 119,35.46.10 429,351 1,01MN /m

Lực quán tính ly tâm của khối lượng đầu to quy dẫn về tâm chốt :

 2

0

2 P 2 , 003689MN/m

 1 2

max

 / 2

175 , 1

2 01 , 1 185 , 4

m MN









Khối lượng khuỷu trục còn chịu Flt của má khuỷu :

Pr1

Khối lượng khuỷu trục còn chịu lực quán tính ly tâm của đối trọng :Pr2

Phản lực tác dụng lên gối :

Xét trục khuỷu đối xứng :

2 r 1 r

2

Z ' Z '

Lực quán tính ly tâm của má khuỷu :

2 mr 1

r m R w

P 

Theo công thức kinh nghiệm :

Đối với động cơ diesel :

1 , 05 1 , 389 93 , 45mm

D 3 , 1 05 , 1 h











0 , 24 0 , 2793 21 , 36mm

D 27 , 0 24 , 0 b











h b Fm

=110.93,45=10279,5 (mm2)

Khối lượng của má khuỷu :



 Fm m

kg

m

712 , 1

7800 36 , 21 10 5 ,

10279 6



Khối lượng của má khuỷu quy về tâm chốt :

kg

kg R

l m

856 , 0 2

1 712 , 1

.







 2

2 6

1

/ 0072 , 0

351 , 429 10 46 856 , 0

m MN

P r



-Đối trọng :

Lực quán tính ly tâm của đối trọng :

 2

2

2 m .R .w MN/m

P r  đt

Khối lượng của đối trọng :

 

kg

kg h

b

m đt

916 , 0

10 7800 36 , 21 110 50

.

9













 2

3 2 2

/ 005 , 0

10 351 , 429 30 916 , 0

m MN

P r



Phản lực tác dụng lên cổ trục:

 

2 2

1

/ 58

,

0

005 , 0 0072 , 0 5875

,

0

/ 2

'' '

m MN

m MN P

P Z Z

















3.1.3 Tính bền trục khuỷu :

a.Xác định khuỷu nguy hiểm :

T[MN/m2] -0,715 -0,246 0,907 -0,25

Động cơ 4 xylanh thứ tự làm việc :1-3-4-2

Do đó ta có xác định T i 1 tác dụng lên các chốt khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Zmax bằng phương pháp sau :

0

1 0,715T=

-Ti-1=0 T= -0,246 T=0,907 T= - 0,25

2 0,25T= - T=-0,715Ti-1=

-0,246 T= - 0,246 T= 0,907

3 0,246T= - T= 0,907 T= -0,25 T=-0,715Ti-1=

0,657

4 T=0,907 T= -0,25 T= - 0,715Ti-1=

0,411 T= - 0,246 Theo bảng ta biết khuỷu thứ 3 chịu Tmax do đó ta phải tính bền khuỷu này

b.Sức bền chốt khuỷu :

Ứng suất uốn của chốt khuỷu :





















ch ch

r r

u

d d

c P a P l Z

m MN Wu

Mu

3 2 1

2

32

.

' '.

/





Xét khuỷu đối xứng ta có:

 

16 , 57 36 , 21 2

9 , 28 7 , 42

mm 2

l l

















 

32 2

36 , 21 7 , 42

mm 2

b 2

l c













 2 3

3

/ 10

2 , 2

32

4 , 53

32 005 , 0 32 0072 , 0 16 , 57 58 , 0

m MN

u















Ứng suất xoắn của chốt khuỷu :

 2

4 3

3 1

2 '

/ 10

87 , 5 16

4 , 53

2 / 4 , 53 657 , 0 16

/

m MN

d

R T

m MN Wk

M

k

ch i

k k























Ứng suất tổng cộng :

3

2 4 2

3

2 2

2

/ 10

49 , 2

10 87 , 5 4 10

2 , 2

/ 4

m MN

m MN

k u



















c.Sức bền cổ trục :

Ứng suất uốn của chốt khuỷu :

3

2 u

85 , 57 32

b '.

Z

m / MN Wu Mu









Xét khuỷu đối xứng ta có:

 

45 , 14 2

9 , 28

mm 2

l

' ct







 2

4

3 u

m / MN 10 19 , 3

93 , 55 32

75 , 15 36 , 0











Ứng suất xoắn của chốt khuỷu :

 

 2

4 k

3

3 ct

1 i

2

' k k

m / MN 10 5

85 , 57 16

2 / 85 , 57 82 , 0

d 16

R T

m / MN Wk M























Ứng suất tổng cộng:

4

2 2

2 2

k 2

m / MN 10

47 , 1

5 4 08 , 1

m / MN 4





















d.Sức bền má khuỷu :

Ứng suất nén :(theo x-x)

 2

6

2 2

r x

n

m / MN 74 , 306

10 45 , 93 36 , 21

005 , 0 6173 ,.

m / MN h

b

P ' Z















Ứng suất uốn trong mặt phẳng góc trục khuỷu:(theo y-y)

5 3

6

2 1 i 2

y u

y u y

u

m / MN 10 64 , 5 6 / 10 10 45 , 93 36 , 21

2 / 4 , 53 657 , 0

6 bh

R T m

/ MN W

M



















Ứng suất uốn :(theo x-x)

 2

5 3

6 2

2 2 r 2

x u

x u x u

m / MN 10 55 , 12 6

/ 10 10 36 , 21 45 , 93

45 , 14 6173 , 0

6 hb

c a P b '.

Z m

/ MN W

M

















 Ứng suất tổng khi má khuỷu chịu uốn và chịu nén :

5

5 5

2 y

u x

u n

m / MN 10

19 , 18

10 55 , 12 10

64 , 5 74 , 306

m / MN























MỤC LỤC

1 Vẽ đồ thị công: 1

1.1 Các thông số cho trước: 1

1.2 Các thông số chọn: 1

1.3 Vẽ đồ thị công: 1

1.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén: 1

1.3.2 Xây dựng đường cong áp suất trên giãn nở: 2

1.3.3 Xác định các điểm đặc biệt: 2

1.3.3 Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở: 2

1.3.4 Hiệu đính đồ thị công: 4

2 Tính toán động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền: 5

2.1 Động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền: 5

2.1.1 Xác định độ dịch chuyển của piston bằng phương pháp đồ thị Brích: 5

2.1.2 Giải vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị: 6

2.1.3 Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê: 8

2.2 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền: 9

2.2.1 Xác định khối lượng: 9

2.2.1.1 Khối lượng tham gia chuyển động thẳng: 9

2.2.1.2 Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động quay: 9

2.2.2 Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: 10

2.2.3 Khai triển đồ thị P - V thành P - : 11

2.2.4 Khai triễn đồ thị Pj - V thành Pj -: 11

2.2.5 Cộng đồ thị P - và Pj - được P1 -: 11

2.2.6 Lập bảng tính các lực tác dụng lên chốt khuỷu: .11

2.2.6.Tính mômen tổng T: 14

2.2.7 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:.15 2.2.7 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ toạ độ cực thành đồ thị Q - : 17

2.2.8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền: .18

2.2.9 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: 19

3.Phân tích đặc điểm kết cấu nhóm :trục khuỷu - bạc lót - bánh đà: 23

3.1.Đặc điểm: 23

3.1.1.Nhiệm vu: 23

3.1.2 Điều kiện làm việc: 23

3.1.3 Yêu cầu: 23

3.1.4.Vật liệu và phương pháp chế tạo trục: 23

3.2.Kết cấu trục khuỷu - bạclót - bánh đà: 23

3.2.1.Trục khuỷu: 24

3.2.1.1.Đầu trục khuỷu: 24

3.2.1.2 Cổ trục: 24

3.2.1.4 Má khuỷu: 25

3.2.1.5 Đối trọng: 25

3.2.1.6.Đuôi trục khuỷu: 25

3.2.2 Bạc lót: 26

3.2.3 Bánh đà: 26

4.Tính toán nhóm trục khuỷu - bạc lót- bánh đà: 28

4.1.Tính sức bền trục khuỷu: 28

4.1.1.Giả thiết tính toán: 28

4.1.2.Tính theo phương pháp phân đoạn: 28

4.1.3 Tính bền trục khuỷu: 33