thiết kế tính toán thanh truyền động cơ diesel

đồ án thiết kế thanh truyền động cơ diesel không tăng áp có bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của thanh truyền phần thuyết minh thể hiện quá trình tính toán đầu to đầu nhỏ thanh truyền để thuận tiện cho quá trình vẽ ở các phần tiếp theo là tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền

Trang 1

Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN ………

………

Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2016 Giáo viên hướng dẫn

BÙI HÀ TRUNG

Trang 2

Mục lục

1.Mô tả chung về thanh truyền……… ………4

1.1 Nhiệm vụ………

……….4

1.2.Điều kiện làm việc……….……….4

1.3.Vật liệu chế tạo thanh truyền ……… 4

1.4.Kết cấu của thanh truyền ……….……… 4

1.5.Bạc thanh truyền……… …… 7

1.6.Bu long thanh truyền……… 8

2 Xác định các thông số cần thiết……… 9

2.1.Thông số cho trước của thanh truyền……… 9

2.2.Các thông số tính toán……… 10

2.3.Khối lượng nhóm thanh truyền……… 11

2.4.Bảng thông số tính toán……… … 12

3 Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền ……… 13

3.1.Tính sức bền đầu nhỏ của thanh truyền……… 13

3.2.Tính sức bền thân thanh truyền……….………22

3.3.Tính sức bền đầu to thanh truyền……….……….28

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường hàng không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác

Từ khi mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước đã đạt được nhiều thành tựu về khoa học và kỹ thuật cũng như mọi mặt của đời sống xã hội nói chung.Một trong những thành tựu đó là quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá Để xây dựng thành công quá trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng một nền khoa học kỹ thuật và công nghệ tương ứng.Ngành công nghiệp Ôtô là một trong những ngành phục 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 của ngành công nghiệp này Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách phù hợp thúc đẩy sự phát triển ngành công nghiệp Ôtô trong nước,từng bước phát triển và tiến tới sẽ sản xuất được 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 quan trọng 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 được xây dựng ngay từ những bước đi đầu tiên

Xuất phát từ những điều kiện trên,em đã được nhà trường và khoa giao cho đề tài:

“Tính toán kiểm nghiệm bền cho thanh truyền”

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

khoa, đặc biệt là thầy BÙI HÀ TRUNG, 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 đó vấn đề nghiên cứu còn mới mẻ nên đề tài không tránh khỏi sai sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp, bổ sung của các Thầy - Cô giáo trong khoa và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn!

Trang 4

Phần 1: Khái quát chung về nhóm thanh truyền1.1 Nhiệm vụ

Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu Nó có nhiệm vụ truyền lực khí thể

từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc trong quá trình nạp, nén, xả

Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

1.2 Điều kiện làm việc

+ Thanh truyền chịu lực khí thể trong xi lanh

+ lực quán tính của nhóm piston

+ lực quán tính của bản thân thanh truyền

Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập Dưới tỏc dụng của cỏc lực đú trong quátrình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọc và khi đổi chiều chuyển

động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang Khi động cơ làm việc, cỏc lưc trờn thayđổi theo chu kỳ vỡ vậy tải trọng tỏc dụng lờn thanh truyền là tải trọng động

5: Nửa trên thanh truyền

6: Bạc đầu to thanh truyền

7: Nửa dới thanh truyền

Hình 1.1 : Kết cấu của thanh truyền

- Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần:

+ Đầu nhỏ thanh truyền : đ u l p ầ ắ ghộp v i ch t pistonớ ố

+ Đầu to thanh truyền : đ u l p ầ ắ ghộp v i ch t khu uớ ố ỷ

+ Thân thanh truyền : n i ố đ u nh vầ ỏ iớ đ u toầ

+ Bu lông thanh truyền

+ Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền

Sau đây ta xét từng bộ phận cụ thể :

a Đầu nhỏ

Trang 5

Hình 1.2 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền

Khoa Cơ Khớ Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yờn

Là bộ phận để lắp chốt píton Khi chốt lắp tự do nó có cấu tạo hình trụ rỗng đôi khi códạng hình ôvan để tăng độ cứng vững Trên động cơ xăng đầu nhỏ thờng làm mỏng Khilắp chốt tự do phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ Thông thờng dầubôi trơn đợc đa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đờng dẫn dầu đợc khoandọc trong thân thanh truyền Trong động cơ ôtô máy kéo chốt piston đợc bôi trơn theokiểu vung té Do đó đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu hoặc rãnh hứng dầu Kếtcấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép

Hình 1.2 : Các loại đầu nhỏ thanh truyền

Trong các hình trên (1.2a,b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtô hiện nay vì khảnăng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc lót, hoạt động đồng đều, bạclót thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hơp kim chịu mòn

b Thân thanh truyền

Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền Khoảng cách giữa hai tâm đầu nhỏ và

đầu to gọi là chiều dài ảo của thanh truyền l phụ thuộc vào thông số kết cấu

=

λ

R/l Đại đa số các động cơ ngày nay có

=

λ

0,24 0,30 Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền thờng chọn trong khoảng sau đây d1/d2 = 1,2 1,3

Hình 1.3 Các loại tiết diện thân thanh truyền + Hình 1.3a thân có tiết diện tròn , + Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I, + Hình1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, +Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip,

Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I Tuy nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, đ-ờng kính lỗ dẫn dầu nằm trong khoảng 4 8 mm Đôi khi để tăng độ cứng vững và để khoan

lỗ dẫn dầu, ngời ta làm gân dọc suốt chiều dài thanh truyền Khi không khoan đợc lỗ dẫn dầungời ta gắn ống dẫn dầu phía ngoài thân Kích thớc thân thanh truyền thờng thay đổi từ nhỏ

Trang 6

đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền, còn chiều dài của thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thanh truyền.

c Đầu to thanh truyền

Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng

+ Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời cho phép giảm kích thớc hộp trục khuỷu

+ Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn lớn để tăng độ cứng vững

+ Dễ dàng lắp ghép cụm piston - thanh truyền với trục khuỷu Đầu to đợc phân làm 2 nửanửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to

- Kích thớc đầu to thanh truyền phụ thuộc vào chốt khuỷu Do trục khuỷu là một chi tiết chịu tải trọng động lớn lên để tăng độ cứng vững ngời ta thờng dùng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục

- Đờng kính chốt lớn kéo theo đầu to thanh truyền lớn, vì vậy cần giảm kích thớc đầu to

đảm bảo cho thanh truyền đút qua đợc xilanh khi lắp ghép

Hình 1.4 Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền.

1 Vấu lỡi gà định vị

2 Bạc lót

Trang 7

Hình 1.5 Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền.

Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (Hình 1.5a,b) là phổ biến nhất vì nó tăng đợc tiết diện của thanh truyền, tăng đờng kính của trục cơ, dễ tháo lắp

1.5 Bạc thanh truyền

a) Bạc đầu nhỏ

- Khi lắp chốt piston xoay tơng đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏ có ép vào

1 bạc đồng mỏng dày 1  4mm để giảm ma sát, chống mòn Bạc đợc ép vào lỗ rồi doa lại cho chính xác Bạc lót đầu nhỏ thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hợp kim chịu mòn, chiều dày bạc vào khoảng (0,080 0,085)dc (dc là đờng kính chốt piston) Khe hở hớng kính giữa bạc lót đầu nhỏ và chốt piston thờng lấy bằng = (0,0004 0,0015)dc

b) Bạc đầu to

- Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu

- Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thờng có rãnh dẫn dầu bôi trơn trong bạc vàkhoan lỗ dẫn dầu Bạc lót thanh truyền bao gồm bạc thép phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên phía trong của gộp thép

- Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn :

+ dễ đúc và dễ bám với vỏ thép

- Ngời ta chia vật liệu chịu mòn ra làm 3 nhóm :

+ nhóm kim loại : gồm babit, đồng thanh - thiếc, đồng thanh - chì, hợp kim nhôm, hợpkim kẽm, gang chống mòn

+ nhóm phi kim loại : gồm chất dẻo, gỗ ép

+ nhóm kim loại gốm : gồm các bột kim loại ép nh : sắt - graphit, đồng thanh - graphit

- Kết cấu bạc lót : tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót tùy theo chiều dày của lớp hợp kimchịu mòn, bạc lót đợc chia làm 2 loại, bạc lót dày và bạc lót mỏng

1.6 Bu lông thanh truyền

a) Chức năng

Trang 8

- Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền Nó có thể ở dạng

bu lông hay vít cấy (gujông)

b) Điều kiện làm việc

- Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu khi lắp ghép, lực quántính của khối lợng vận động tịnh tiến và lực quán tính ly tâm của khối lợng vận độngquay Các lực trên thay đổi theo chu kỳ nên bu lông thanh truyền chịu tải trọng động vàsức bền mỏi

c) Vật liệu chế tạo

- Bu lông thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm,mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyền có hàm lợng kimloại quí càng nhiều

d) Kết cấu

Hình 1.6 Một dạng kết cấu của bu lông và gujông

1.6a bu lông thanh truyền 1.6b vít cấy gujông thanh truyền

- Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nối bằng bu lông( hình 1.6a) và gujông (hình 1.6b)

Hình dạng và kết cấu của bulông thanh truyền có rất nhiều kiểu, chủ yếu do công dụng của động cơ và các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của bulông Thiết kế và chế tạo bulông thanh truyền cần phải đảm bảo sao cho nó chỉ chịu lực kéo, tránh các lực cắt và uốn bulông Muốn vậy phải thực hiện các biện pháp sau đây :

+ gia công bề mặt tựa

+ bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sức bền mỏi

+ nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren

Trang 9

Chiều dài thanh truyền 220 mm

Khối lượng nhóm piston 2,15 kg

Khối lượng thanh truyền 3,65 kg

Trang 11

=40

Trang 12

Chän dck = 60 (mm)

• §êng kÝnh trong ®Çu to thanh truyÒn :

' 1

∆

+'

2

∆

-)3

∆

Víi:

' 1

∆

:

' 1

∆

(mm)

' 2

∆

: Khe

' 2

∆

=(0,045

÷

0,015).60=(2,7

Trang 13

÷

0,9).Chän:

' 2

∆

=1(mm)

' 3

∆

: ChiÒu

' 3

∆

= (0,2

÷

0,7)(mm)

Chän:

' 3

Trang 14

• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu nhá m1 = (0,275

• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu to thanh truyÒn

Trang 15

Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:

- Lực quán tính của nhóm piston

- Lực khí thể

- Lực do biến dạng gây ra

- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắpghép bạc lót có độ dôi gây nên

Các lực trên gây ra ứng suất: uốn, kéo, nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền

Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thờng tính ở chế độ công suất lớn nhất Nếu động cơ có

bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ này cũng là tính toán

ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ Nếu không có bộ phận giới hạn sốvòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể vợt quá số

ữ

30% tức là: Nmax

Trang 16

Hình 3.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền

a Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo

Tính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí ngàm là chỗchuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc

γ

bằng

1 2

+

+ +

=

r H

H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ

Thay vào (3-1):

Trang 17

0

3029

3020arccos

+

++

=γ

- Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thay thế bằngcác lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA

- Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ, bạc lót và đầu nhỏ đều biến dạng

Mô men uốn Mj và lực kéo Nj ở tiết diện bất kỳ trên cung AA - BB

) 0297 , 0 00033 , 0 ( γ −

ρ

(MNm)

) 0008 , 0 572 , 0

(MN)

tronghai biểu thức trên tính theo độ

m

np

= 2,15 (kg)

Trang 18

ω

=30

.n

π

=

77,15130

1450

=π

(rad/s)

R = S/2 = 122/2 =61 (mm)Thay vµo (3-2) :

⇒

pj = 2,15.61.103

−

.151,772

.(1+ 0,277) = 0,000386 (MN)

58404

Trang 19

q =

=ρ

2

j P

3

3 7 , 8 10 10

5 , 24 2

0,000386 −

(MN)

Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị ở

Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo

Dựa vào sơ đồ đó, ta có thể xác định các đại lợng mô men uốn và lực kéo tại tiết diện bấtkì của dầm cong Dầm cong bao gồm hai cung: cung có lực phân bố

(

) 90 ( λx ≤ 0

) và cung

) 90 ( λx ≥ 0

- Khi

) 90 ( λx ≤ 0

Trang 20

- Khi

) 90 ( λx ≥ 0

ta

cã :

M« men uèn : Mj = MA + NA

)cos.(sin

Pj.5,0)cos1

Tõ c¸c biÓu thøc (3-5) vµ (3-6), ta thÊy Mj vµ Nj trªn cung BC (

0 90

≥

x

γ

) cã gi¸ trÞ lín h¬n, tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn ngµm C - C

Nh vËy m« men uèn vµ lùc kÐo t¹i tiÕt diÖn ngµm C -C b»ng :

Trang 21

0

0,5.0,000386.24,5.10-3.(sin120

)-0

-cos1200

0

- cos1200

) = 1,71.10-4 (MN)

Do có ép bạc lót đầu nhỏ nên có sự biến dạng đồng thời của đầu trục và bạc lót, trong đó

đầu nhỏ bị biến dạng kéo, còn bạc lót chịu biến dạng nén Do vậy phần của lực kéo đó,

χ

, tức là : Nk =

J N

χ

phụ thuộcvào độ cứng của các chi tiết mối ghép (bạc lót và đầu nhỏ) và đợc xác định bằng biểuthức:

b b d d

d d F E F E

F E

+

=χ

(3-7)Trong đó:

- Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; E

d

= 2,2.105

(MN/m2

)

Trang 22

- Eb : Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót; Eb = 1,15 10

3

−

-

Trang 23

40.10

3

−

) = 5,94.10-4 (m2)

- Fb : tiết diện dọc của bạc lót

87,010.65,1.10.15,110.94,5.10.2,2

10.94,5.10.2,2

4 5

=+

χ

Do cú hệ số giảm tải, lực kộo thực tế Nk nhỏ hơn

J N

-4 1,71.10 0,87.

N s s

s M

d k j

nj

1

1 ] ) 2 (

6 2

(sỏch ttđc đốt trong ct2.4)

s l

N s s

s M

d J j

nj

1

1 ] )

2 (

6 2

= r1 - r2

= S(mm) Thay vào ( 3-8) ta đợc:

Trang 24

1)]

10.71,187,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6.10.33,4.2

3 3

3

3 3

s l

N s s

s M

d J j

tj

1

1 ] )

2 (

6 2

62 , 0 10

9 10 33

1 )]

10 71 , 1 87 , 0 ) 10 9 10 5 , 24 2 (

10 9

10 9 10 5 , 24 6 10 33 , 4 2

3 3

3

3 3

Hình 3.3 ứng suất trên mặt trong và mặt ngoài của đầu

nhỏ thanh truyền khi chịu kéo.

Nếu giá trị Mj , NJ đợc tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta xẽ tính toán đợc ứng

suất tại các tiết diện đó biết đợc quy luật phân bố ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong

của đầu nhỏ (Hình 3.3)

b Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu nén.

Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của

Trong đó:

- Fpt : Diện tích đỉnh piston;

Trang 25

- Fpt =

3 2

10 7 , 2 4

) 10 104 ( 4

Trang 26

Hình 3.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền.

Mô men uốn và lực pháp tuyến (lực kéo) trên cung AB (

0 90

≥

x

γ

) là:

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	1,36 MB
File đính kèm	thành.rar (1 MB)