do an dong co dot trong phan 1

Phần III tính tốn động lực học §1 Mục đích nội dung Phần tính tốn động lực học đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên lực khí thể, lực quán tính hợp lực tác dụng lên pít tơng lực tiếp tuyến pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu Trên sở xây dựng đồ thị véc tơ lực (phụ tải) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục bạc đầu to truyền đồ thị mài mòn bề mặt Từ đồ thị véc tơ phụ tải ta biết cách định tính tình trạng chịu lực bề mặt mức độ đột biến tải thông qua hệ số va đập Phần gồm nội dung sau đây: a- Triển khai đồ thị công thị thành đồ thị lực khí thể tác dụng lên đỉnh pít tơng b- Xây dựng đồ thị lực qn tính khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến c- Xác định đồ thị hợp lực lực khí thể lực quán tính chuyển động tịnh tiến ; d- Phân tích hợp lực lực thành phần lực ngang N, lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z e- Xác định lực quán tính ly tâm Pr2 Pr f- Xây dựng đồ thị véc tơ phụ tải (đtvtpt) cổ khuỷu g- Triển khai đtvtpt cổ khuỷu thành đồ thị dạng: Q ck - α xác định hệ số va đập h- Xây dựng đtvtpt bạc đầu to truyền i- Xây dựng đồ thị mài mòn k- Hướng dẫn cách trình bày đồ thị tờ giấy ô ly khổ A khung tên theo TCVN 3821-83 74 Do tính phổ biến ưu tuyệt đối loại động kỳ lĩnh vực quân nên nội dung chủ yếu dành cho động kỳ Học viên cần tham khảo thêm sách giáo khoa tính tốn cho động kỳ §2 Triển khai đồ thị công thị p -V thành đồ thị lực khí thể P k tác dụng lên pít tơng, theo góc quay α Đồ thị cơng thị thể biến thiên áp suất tuyệt đối bên xy lanh theo thay đổi thể tích xy lanh suốt chu trình cơng tác (hai vòng quay trục khuỷu - tương ứng với hành trình pít tơng động kỳ vòng quay trục khuỷu - tương ứng với hành trình pít tơng động kỳ) Lực khí thể tạo chênh áp suất mặt mặt đỉnh pít tơng xác định sau: Pk = ( p − p0 ) πD2 [MN] Trong đó: p: áp suất khí thể xy lanh, [MPa]; p0: áp suất phía đỉnh pít tơng, [MPa]; D: đường kính danh nghĩa pít tơng, [m] Đối với động kỳ ta thường chọn p áp suất môi trường (≈0,1 MPa) Động kỳ quét thẳng kiểu òÀầ-204, 206 chọn tương tự Đối với động kỳ quét vòng kiểu động xe máy việc chọn phức tạp cửa qt cửa nạp đóng áp suất phía đỉnh tăng cao áp suất mơi trường bị nén Cũng tương tự cửa nạp đóng cửa qt mở Còn cửa qt đóng, cửa nạp mở phía đỉnh lại xuất độ chân khơng Mục đích việc tạo độ chân không để hút cưỡng xăng khơng khí qua chế hồ khí Do pít tơng chuyển động có gia tốc nên độ chân khơng áp suất dư phía đỉnh pít tơng thay đổi liên tục Do vậy, động hai kỳ kiểu 75 cần chọn ba trị số áp suất trung bình tương đương ứng cho ba giai đoạn để nâng cao độ xác cho kết Các trị số áp suất tương ứng biến thiên liên tục phụ thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ pít tơng, mức độ lọt khí, cản trở khí động chế hồ khí bầu lọc Ta chọn sơ sau: - Giai đoạn cửa qt cửa nạp đóng : 0,13÷0,18 MPa; - Giai đoạn cửa qt đóng, cửa nạp mở: 0,05÷0,09 MPa; - Giai đoạn cửa qt mở, cửa nạp đóng: 0,12÷0,15 MPa Việc chọn làm cho kết tính lực khí thể xác song phức tạp cho việc tính tốn Vì ta thường chọn p o áp suất mơi trường (coi phía đỉnh pít tơng ln thơng với mơi trường bên ngồi) để đơn giản cho việc tính tốn Khi xác định hiệu suất khí ta chọn phía thấp để tính tiêu tốn cơng suất dẫn động bơm nén khí qt vào cơng tổn hao khí Lực Pk coi tập trung thành véc tơ tác dụng dọc theo phương đường tâm xy lanh cắt đường tâm chốt pít tơng (bỏ qua hệ số lệch tâm k để đơn giản hố việc tính tốn) Để thuận tiện cho việc triển khai đồ thị công thành đồ thị lực khí thể theo góc quay α khuỷu trục phải làm sau: - Dựng trục hồnh (trục góc quay α) ngang với đường nằm ngang thể áp suất p0 môi trường đồ thị công Đối với động kỳ qt vòng tính tốn biểu thức P k vẽ đồ thị ta coi áp suất phía đỉnh pít tơng khơng đổi p0 cho đơn giản πD2 - Trục tung thể lực Pk với tỷ lệ xích µP =µp  MN   mn Trong đó:  MPa µp tỷ lệ xích áp suất đồ thị cơng Việc chọn tỷ lệ xích  mm lực vậy, phải chấp nhận chữ số lẻ sau dấu phảy song đảm bảo 76 chiều cao đồ thị áp suất đồ thị lực khí thể nhau, thuận lợi cho việc triển khai kiểm tra tờ ô ly khổ A Việc phân bố vị trí kích thước đồ thị tờ A đề cập tỷ mỷ mục §.9 cuối phần Việc xác định quan hệ chuyển vị pít tơng góc quay α thực phương pháp vòng tròn Brích, bước sau: - Về phía trục hồnh đồ thị cơng p - V vẽ nửa vòng tròn Brích (để tiết kiệm diện tích) đường kính AB khoảng cách từ ĐCT tới ĐCD đồ thị p - V, tâm 0, (đường kính AB tương ứng với S = 2R động thực); A tương ứng với ĐCT - Về phía điểm chết dưới, xác định điểm 0' cho 00'= AB λ - Từ 0' dựng tia tạo góc α với 0'A, tia cắt vòng tròn Brích điểm Từ điểm dựng đường song song với trục áp suất, cắt đồ thị cơng điểm tương ứng (với q trình nạp, nén, dãn nở thải) Từ giao điểm gióng ngang sang đồ thị lực khí thể cắt đường thẳng đứng tương ứng gióng từ trục α lên Giao điểm độ lớn lực khí thể góc α tương ứng đồ thị lực khí thể Pk-α - Lần lượt dựng góc α lớn dần (ví dụ α = 150, 300, 450, 600, ) tiến hành tương tự ta tập hợp giao điểm đồ thị Pk - α - Nối giao điểm nhận đường cong liên tục ta đồ thị biến thiên lực khí thể theo góc quay α khuỷu trục chu trình cơng tác xy lanh - Đối với động kỳ, trục hồnh thể góc α từ 00 đến 7200, động hai kỳ trục hồnh bố trí ứng với góc quay từ -1800 tới +1800 (và trục tung, tương ứng với lực khí thể, lực quán tính P j lực tổng PΣ nằm ô N02) Việc chọn tỷ lệ xích µα quy định cụ thể mục §9 - Có thể sử dụng biểu thức chuyển vị thay cho vòng tròn Brích, thơng qua tỷ lệ xích tương ứng với AB (hoặc với thể tích tức thời V x) để xác định áp suất xy lanh vị trí góc quay α khuỷu trục.Thơng 77 thường, cách tính thực máy vi tính từ chuyển vị ta tích tức thời tương ứng, thông qua đồ thị công p - V xác định Hình Nguyên lý triển khai p - V vòng tròn Brích áp suất xy lanh mà khơng phải vẽ vòng tròn Brích Với chương trình tính tốn nhiệt tiên tiến người ta xác định trực tiếp trị số áp suất theo góc α mà khơng cần phải vẽ đồ thị công - Cho dù cấu KTTT thường dạng lệch tâm (động xăng) đồ án môn học ta coi CCKTTT giao tâm để đơn giản tính tốn - Đối với động V sử dụng truyền chính-phụ họ động B - Liên Xơ cũ, khó xác định đồ thị công xy lanh dãy phụ nên cho phép đơn giản hoá phạm vi đồ án môn học cách coi 78 đồ thị cơng, hành trình, chuyển vị, tỷ số nén dãy phụ giống dãy Thực khó xác định hành trình pít tơng dãy phụ khó xác định quy luật biến thiên chuyển vị tỷ số nén dãy nên quy luật biến thiên áp suất, nhiệt độ khơng thể xác định xác Với phép tính tốn gần đúng, ta biết hành trình pít tông dãy phụ lớn Bởi buộc người thiết kế phải chọn trị số γ1 l1 cho khác biệt nhỏ (ví dụ 3,6% họ động B 2) Ngồi phải thiết kế nắp máy dãy phụ tích buồng cháy V c khác nhằm mục đích đạt giá trị ε gần hai dãy Cho dù tỷ số nén ε có hành trình, chuyển vị quy luật cháy giống nên đồ thị cơng khơng hồn tồn Về mặt cơng nghệ, hai nắp máy tích buồng cháy khác nên lắp lẫn cho §3 quy dẫn khối lượng chuyển động 3.1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj xác định theo biểu thức: mj = mp + mc + mg + m1+mx [kg] Trong đó: mp: khối lượng tồn pít tơng, [kg]; mx: khối lượng xéc măng, [kg]; mc: khối lượng chốt pít tơng khố hãm, [kg]; mg: khối lượng guốc trượt (nếu có), [kg].; m1: khối lượng truyền quy dẫn đường tâm chốt pít tơng, [kg] Các khối lượng thành phần thường cho sẵn loại động phụ lục kèm theo Nếu khơng cho sẵn phải tìm tài liệu, catalog dùng phương pháp khác (như phương pháp cân, 79 phương pháp tính qua thể tích tỷ trọng, phương pháp đa giác lực ) để xác định Nếu pít tơng có khoang chứa dầu làm mát với mục đích khác phải tính thêm khối lượng dầu chứa khoang Khối lượng mj coi tập trung giao điểm tâm chốt pít tơng với đường tâm thân truyền, ta coi CCKTTT cấu giao tâm nên đường tâm chốt pít tông cắt đường tâm xy lanh Như khối lượng mj chuyển động tịnh tiến qua lại dọc theo đường tâm xy lanh với chuyển vị, vận tốc gia tốc pít tơng 3.2 Khối lượng truyền khuỷu trục + Toàn khối lượng truyền quy dẫn đường tâm đầu nhỏ (tham gia chuyển động tịnh tiến) đường tâm đầu to (tham gia chuyển động quay) theo nguyên lý sau: mth = m1 + m2 m1l1 = m2 l2 Phần khối lượng quy dẫn m2 coi tập trung tâm cổ khuỷu, quay xung quanh trục khuỷu với vận tốc ω, bán kính R gây nên lực Pr2 + Khối lượng khuỷu trục Phần khối lượng không cân hai má khuỷu cổ khuỷu (sau trừ bỏ phần khối lượng gây lực quán tính tương đương với đối trọng) quy dẫn đường tâm cổ khuỷu ký hiệu m kh; mkh quay quanh đường tâm trục khuỷu với vận tốc góc ω bán kính quay R gây nên lực quán tính ly tâm Prk tác dụng lên bạc cổ trục mà thổi Trong Pr2 vừa tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu vừa tác dụng lên bạc cổ trục Khi quy dẫn khối lượng truyền, cần ý ba trường hợp sau: a- Trường hợp truyền kiểu chính-phụ(ví dụ họ động B-2 Liên Xô cũ) 80 Khối lượng truyền truyền phụ quy dẫn tâm đầu to tâm đầu nhỏ truyền tương ứng giống nêu phần Sau đó, phần khối lượng quy dẫn đường tâm đầu to truyền phụ m2p quy dẫn tiếp đường tâm đầu nhỏ truyền đường tâm đầu to truyền theo biểu thức đây: ' " mcp + m2p = m2p + m2p m'2p l = m"2pl Trong mcp khối lượng thân chốt phụ khoá hãm chốt lượng dầu bôi trơn chứa khoang rỗng phía lòng chốt phụ Hình.7 Sơ đồ ngun lý quy dẫn truyền - phụ Như khối lượng quy dẫn tâm đầu nhỏ truyền ' m1 + m2p [kg] tham gia chuyển động tịnh tiến pít tơng dãy " Còn khối lượng quy dẫn tâm đầu to truyền m + m2p [kg] b- Trường hợp truyền đồng dạng lắp nối tiếp (như kiểu lắp ầẩậ 130, ÃÀầ 53,66, òèầ 238 ) Vì truyền có kết cấu giống nhau, đầu to tiếp xúc riêng biệt với phần định bề mặt cổ khuỷu chung nên lực 81 truyền dãy không tác dụng lên phần bề mặt cổ khuỷu tiếp xúc với đầu to truyền dãy Bởi việc quy dẫn khối lượng truyền động kiểu giống động hàng xy lanh c- Trường hợp truyền hình nạng-thanh truyền trung tâm Nếu bạc đầu to truyền hình nạng bạc đầu to truyền trung tâm tiếp xúc trực tiếp với phần riêng biệt định cổ khuỷu thể sơ đồ (hình 8) việc quy dẫn giống hệt trường hợp động V truyền đồng dạng lắp nối tiếp Nếu đầu to truyền hình nạng - trung tâm có kết cấu sơ đồ sau (động ểềÄ 20) Hình.8 Sơ đồ ghép nối đầu to kiểu tiếp xúc trực tiếp Hình.9 Sơ đồ ghép nối đầu to kiểu gián tiếp 82 Theo sơ đồ kết cấu này, bề mặt cốt bạc đầu to truyền hình nạng nhiệt luyện gia công tinh để tạo thành bề mặt trụ đồng tâm với bề mặt cổ khuỷu Bạc đầu to truyền trung tâm tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thông qua bạc đầu to truyền hình nạng, lực khí thể qn tính tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu chung Bởi tổng khối lượng quy dẫn hai đầu to truyền xác định theo biểu thức sau: m2Σ = ∑ m2i Khối lượng quy dẫn m2Σ coi tập trung đường tâm bạc đầu to truyền hình nạng, coi đồng tâm với cổ khuỷu gây nên lực quán tính ly tâm Pr2 tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu trục khuỷu quay với vận tốc ω, bán kính R §4 Lực qn tính tổng lực, lực tiếp tuyến pháp tuyến Lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến m j gây nên thường gọi tắt lực quán tính chuyển động tịnh tiến ký hiệu P j Pj = - mj Rω2 (cosα + λ cos 2α).10-6 [MN] Trong đó: R: bán kính quay khuỷu trục, [m]; ω: vận tốc góc trục khuỷu, [ / s ]; λ: hệ số kết cấu động Lực Pj thay đổi suốt chu trình cơng tác động coi có phương tác dụng trùng với phương lực khí thể Pk Dấu (-) có ý nghĩa tượng trưng ngược chiều gia tốc lực quán tính Lực quán tính chuyển động quay Pr khối lượng chuyển động quay với vận tốc ω, bán kính R gây nên, ta có: 83 Với cổ trục có đường kính ta cần xác định cổ trục có trị số Mmax-Mmin lớn sau tính hệ số an tồn cho cổ trục đủ: τ x max = τ x = α= M max ) [MPa] ) [MPa] ( 0,2d3C − α M ( 0,2d3C − α db : tỷ số giữađường kính đường kính ngồi cổ trục dc τa = τ x max − τ x [MPa] τ tb = τ x max + τ x [MPa] Hệ số an toàn theo xoắn cổ trục: nτ = τ −1 kτ τ a + α τ τ tb ετ Trong đó: τ-1 = 180 ÷ 200 MPa thép bon; = 280 ÷ 300 MPa thép hợp kim kτ = 2,5 ετ ; α τ = 0,1 ÷ 0,2 Giá trị cho phép nτ sau: [nτ] = ÷4 động xăng ô tô; [nτ] = ÷ động máy kéo, xe xích; [nτ] = ÷3 động cường hố cao Ngồi việc tính theo hệ số an tồn xoắn, đơi phải kiểm tra cổ trục chịu xoắn nhiều 144 Từ bảng mơ men tích lũy, chọn trị số mơ men xoắn M max Cổ trục chịu Mmax bị xoắn nhiều Đối với cổ trục đó, để tăng tính xác phép tính, người ta tính thêm hiệu ứng uốn phản lực T”, Z” gây nên Tiết diện chịu uốn xoắn nguy hiểm tiết diện chuyển tiếp từ má khuỷu bên phải tới cổ trục, cần kiểm tra: ứng suất uốn theo phương pháp tuyến: σ uz = a z" ( 0,1d3C − α [MPa] ) ứng suất uốn theo phương tiếp tuyến: σ uT = a T" C ( 0,1d − α [MPa] ) ứng suất xoắn lớn : τ x max = M max ( 0,2d3C − α ) [MPa] ứng suất tổng cộng: σΣ = σ 2u + 4τ 2x max ≤ [σΣ] [MPa] Trị số [σΣ] sau: 50÷ 80 MPa động tĩnh tàu thủy; 60÷100 MPa động tơ, xe xích loại 4.2 Tính bền cổ khuỷu Do đường kính cổ khuỷu thường nhỏ chiều dài lại lớn so với cổ trục nên phải tính tốn kiểm nghiệm theo uốn xoắn Vì mơ men uốn mơ men xoắn thay đổi có tính chất chu kỳ nên phải tính hệ số an toàn theo xoắn theo uốn riêng biệt, sau xét hệ số an tồn chung a- Tính cổ khuỷu theo xoắn 145 Hình.32 Sơ đồ tính tốn cổ khuỷu thứ i Tiết diện ngang cổ khuỷu chịu ứng suất uốn lớn nên tiết diện nguy hiểm Giả sử khuỷu trục ngàm cứng tiết diện nguy hiểm Ta có mô men xoắn cổ khuỷu: Mck = Mi + Ti’.R [MPa] Các trị số xác định theo biểu thức điền vào bảng sau: Bảng biên thiên mô men xoắn cổ khuỷu Bảng 30 α1 M1 [độ GQTK] [MNm] T1’ [MN] Mck1 M2 [MNm] [MNm] T2’ [MN] Mcki [MN m] 00 150 7200 Chọn cổ khuỷu có (Mckmax - Mckmin) lớn sau tính ứng suất xoắn lớn nhỏ theo biểu thức sau: 146 τ x max = τ x = M ck max ( 0,2d3Ck − α M ck ( 0,2d3Ck − α ) [MPa] ) [MPa] Trong hai biểu thức α tỷ số đường kính đường kính ngồi dck cổ khuỷu Xác định τtb τa tính hệ số an tồn theo xoắn nτ tương tự thực cổ trục Chú ý: * Khi xác định phản lực tác dụng lên bề mặt cổ trục ta tuân thủ nguyên lý, phản lực lực gây chúng trùng (song) phương ngược chiều Trên sơ đồ tính tốn ta đặt véc tơ phản lực ngược chiều với lực tác nhân (lực gây phản lực) Ví dụ hình ta có lực tiếp tuyến T i song song ngược chiều với Ti” Bởi ta không đổi dấu trị số củalực Do mà có cơng thức: Ti' = Ti" = Ti Mcki = Mi + Ti’ R [MN] [MNm] Khi lập bảng cần ý, tránh nhầm dấu đại số ' * Khi tính mô men xoắn cổ khuỷu thứ i M cki, phản lực Ti −1 tính vào Mi theo cơng thức : Mi = Mi-1 + Ti-1 R * Ngoài cách tính Mcki ta xác định M cki thông qua mô men xoắn cổ trục bên phải phản lực tác dụng lên cổ trục theo biểu thức sau: Mcki = Mi+1 - Ti" R [MNm] * Tính theo Pr có sai số thực lực Pr2 Prk lực phân bố b- Tính cổ khuỷu theo uốn: - Mơ men uốn tác dụng mặt phẳng Z (mặt phẳng chứa khuỷu trục): 147 M Zi = Z ;i ( a + b) + Pr − Pd b [MNm] Mô men uốn tác dụng mặt phẳng T (mặt phẳng vng góc với mặt phẳng chứa khuỷu trục): MTi = Ti’ (a+b) [MNm] - Trong mặt phẳng qua đường tâm lỗ dầu bơi trơn (nếu có), tạo góc ϕ với chiều dương trục Z mô men uốn xác định sau: Mϕi = MZi cosϕ + MTi sinϕ [MNm] - Chọn cổ khuỷu thứ i có trị số (M ϕmax - Mϕimin) lớn loại cổ khuỷu có lỗ dẫn dầu bơi trơn tính ứng suất uốn theo cơng thức sau: M ϕ i max σ u max = σ u = ( 0,1d3Ck − α M ϕ i 0,1d 3Ck ( − α ) ) [MPa] [MPa] - Đối với cổ khuỷu khơng có lỗ dầu bơi trơn: Tính hiệu (MZimax-MZimin) cổ khuỷu so sánh với để chọn cổ khuỷu chịu uốn nguy hiểm Sau tính σumax σumin theo biểu thức tiến hành tương tự (M Tmax -MTmin) Để thuận tiện cho việc so sánh, lựa chọn cần lập bảng biến thiên MT, MZ Mϕ cổ khuỷu Bảng biến thiên mô men uốn cổ khuỷu Bảng 31 α1 MT1 MZ1 Mϕ1 [độ GQTK] [MNm] [MNm] [MNm] Mϕi [MNm] 00 150 148 7200 Nếu khuỷu trục hồn tồn giống cần lập bảng biến thiên cho khuỷu mà - Từ ứng suất uốn σmax σmin, xác định ứng suất biên độ σa ứng suất σtb - Xác định hệ số an toàn uốn cổ khuỷu: nσ = σ −1 kσ σ a + α σ σ tb εσ Trong đó: σ-1 = 250 ÷350 MPa thép bon; = 500 ÷ 550 MPa thép hợp kim kσ = 1,9 ÷ - hệ số tập trung ứng suất; εσ = 0,7÷0,8 - hệ số kích thước; ασ = 0,1 - hệ số quy dẫn chu trình c- Hệ số an toàn chung cổ khuỷu n= nσ nτ n 2σ + n 2τ Đối với động ô tô, xe tải: [n] = 2,5÷3 Đối với động xe xích : [n] = 3÷3,5 * Chú ý: phải tính riêng cho cổ khuỷu so sánh n để tìm cổ khuỷu có n thấp động nhiều khuỷu trục 4.3 Tính tốn má khuỷu Má khuỷu làm việc điều kiện phức tạp: chịu kéo, nén, xoắn uốn (theo hai phương).Kết cấu má khuỷu có tính chất đa dạng, giới thiệu việc tính tốn má khuỷu loại trục khuỷu đủ cổ trục 149 Tiết diện nguy hiểm cần tính tốn tiết diện I-I trường hợp trục khuỷu khơng có độ trùng điệp II-II có độ trùng điệp Hình 33 Tiết diện nguy hiểm má khuỷu trường hợp có độ trùng điệp khơng có độ trùng điệp Để tính tốn, ta cắt bỏ phần khuỷu trục từ tiết diện nguy hiểm trở ngàm phần lại tiết diện nguy hiểm thể hình Mơ men tích lũy Mi truyền tới cổ trục thứ i + hồn tồn xác định nhờ bảng biến thiên tính cổ trục Nếu tất khuỷu trục có kết cấu giống nhau, tức Pđ, Pr, a, b phản lực Ti’ = Ti” Zi’ Zi” với i Kết má chịu hiệu ứng uốn khác mơ men tích luỹ M i khác gây nên mà thơi, hiệu ứng kéo, nén, uốn xoắn Ti’ , Z’ Pd gây nên Trên thực tế, với động nhiều xy lanh khuỷu trục thường khơng tuyệt đối giống nên người thiết kế phải tính tốn cho loại má khuỷu riêng biệt, phạm vi ĐAMH ta giả thiết khuỷu trục hoàn toàn giống việc tính tốn đơn giản Với giả thiết vậy, tiết diện nguy hiểm phải chịu nén (hoặc kéo) Zi’ Pd gây nên, uốn mặt phẳng chứa khuỷu uốn theo phương vng góc với mặt phẳng chứa khuỷu trục + ứng suất nén (kéo) tiết diện nguy hiểm: σ n( k ) = − Z'+ Pd [MPa] FA Trong đó: FA diện tích tiết diện ngàm, [m2] + ứng suất uốn mặt phẳng chứa khuỷu trục (do Z gây nên): σ uz = z' a Z' a = WuZ hb2 [MPa] + ứng suất uốn mặt phẳng vng góc với mặt phẳng khuỷu trục (do lực T’ Mi gây nên): 150 σ uT = 6T ' r + 6M i bh2 [MPa] Trong đó: r- khoảng cách từ tâm cổ trục tới tiết diện ngàm, [m] + ứng suất xoắn tiết diện ngàm (do T’ gây nên): τx = T ' a k hb2 [MPa] Hệ số k phụ thuộc vào tỷ số h vị trí điểm riêng biệt tiết b diện Nguyên lý chung điểm gần tâm tiết diện chịu ứng suất xoắn lớn Ta tính hệ số k thơng qua hệ số g g2 theo hình XII-19, trang 150 kết cấu tính tốn động đốt trong, tập NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Cho dù với giả thiết vấn đề phức tạp chỗ ứng suất thay đổi có tính chất chu kỳ lệch pha nhau, tức ứng suất đạt cực đại loại ứng suất khác điểm tiết diện chưa hẳn đạt trị số cực trị, điểm tiết diện chịu ứng suất biên độ ứng suất tổng lớn thời điểm nào? Vì khó khăn ta giả thiết có điểm nguy hiểm cần kiểm tra, điểm hình 33 + Tại điểm 1, 2, 4: ứng suất xoắn τx = hiệu ứng kéo nén uốn kéo nén gây nên, Ta có: σ1 = σn(k)1 =σuz1 +σuT1 σ2 = σn(k)2 + σuz2 + σuT2 Chú ý: ứng suất nén (hoặc kéo) σn(k) tất điểm 151 ứng suất uốn σuz điểm 1, 6, tương tự σuz điểm 3, 4, ứng suất uốn theo phương tiếp tuyến σuT điểm 1,4, tương tự σuT điểm 2, + Tại điểm : ứng suất xoắn τx lớn σuT = + Tại điểm 7, ứng suất uốn σuz = Để khảo sát biến thiên ứng suất điểm ta phải lập bảng biến thiên ứng suất cho điểm Bảng biến thiên ứng suất τ, σ [MPa] Bảng 32 Điểm GQT K σn1 σuT1 σuz1 Điểm τx1 σΣ σn8 σuT8 σuz8 τx8 σΣ8 00 3600 7200 Trong bảng trên, ứng suất σΣ xác định theo công thức sau: σ Σ = σ + 4τ 152 Dựa vào bảng biến thiên ta tìm đươc điểm má chịu ứng suất σΣ lớn để kiểm tra điều kiện bền σΣmax ≤ [σ], đồng thời xác định điểm chịu ứng suất biên độ σ a = σ Σ max − σ Σ lớn Sau tính tiếp σtb điểm tính hệ số an tồn chung n Σ Hệ số an tồn chung nằm phạm vi 2,5÷3,5 đảm bảo đủ bền Ngồi cách tính σΣ tính nΣ, người ta tính nσ nτ tính nΣ theo biểu thức: n Σ = nσ nτ n 2σ + n 2τ cho điểm, lâu phải tính tốn nhiều Thực tế cho thấy điểm điểm có hệ số an tồn thấp ta khơng lập bảng biến thiên ứng suất cho điểm nêu mà làm theo cách ngắn gọn với trình tự sau a- Dựa bảng tính mơ men xoắn tích luỹ để chọn xem trị số M imax cổ trục định tính bền cho má khuỷu bên phải cổ trục (vì nói trên, ta tính cho điểm 6, mà hiệu ứng uốn M i T’ gây nên không phát huy tác dụng nên kết cấu má giống chọn má được) b- Xác định σuzmax theo Z’max (từ bảng biến thiên lực T Z ta có bảng Z’ Z’ T’ T”) Z" đạt giá trị cực đại đầu hành trình cháy-dãn nở Sau cách tương tự ta xác định σuzmin qua Z’min c- Từ Z’max Z’min xác định σn max σk d- Tính ứng suất pháp tuyến cực đại σmax σmin σ max(8 ) = − Z 'min + FA Pd ' − a Z mim bh2 Tại thời điểm cuối hành trình thải, đầu hành trình nạp lực Z’ (của động bốn kỳ) có trị số âm nên cơng thức cho điểm 8, tức điểm nằm gần cổ trục bên phải Với điểm ứng suất lớn (chịu kéo) xác định sau: 153 σ max ( ) = − Z 'min + Pd FA + 6a Z 'mim bh ứng suất cực tiểu (ứng suất nén) điểm xuất đầu hành trình cháy-dãn nở tính sau: σ ( ) = σ min(6 ) = − Z 'max + Pd FA − Z 'max + FA a Z 'max − bh Pd ' + a Z mam bh2 e- Tính ứng suất trung bình ứng suất biên độ cho điểm xác định hệ số an tồn điểm f- Từ T’max T’min tính ứng suất tiếp tuyến (ứng suất xoắn) điểm (hai điểm ln có ứng suất xoắn nhau), sau xác định ứng suất biên độ τa ứng suất trung bình τtb xác định hệ số an tồn theo xoắn Để đơn giản phép tính, dùng cơng thức gần sau đây: nτ = τ −1 kτ τa + α τ τ m ετ ≈ 0,5 τ −1 τa nτ nằm phạm vi 2,0 ÷ 3,5 g- Xác định hệ số an toàn chung nΣ cho điểm: nΣ = nσ nτ n 2σ + n 2τ ( = 1,3 ÷ 2,5) 4.4 Một số vấn đề cần lưu ý tính bền trục khuỷu a- Trước ta giả thiết khuỷu trục chịu lực với sơ đồ có tính chất đối xứng Nhưng thực tế , gặp trường hợp phi đối xứng ví dụ đầu to truyền động ÃÀầ-51 má khuỷu khơng phải hồn tồn giống hay trường hợp có má khơng có đối trọng đối trọng không giống v.v 154 Sơ đồ tổng quát khuỷu trục trường hợp sau: Các phản lực tác dụng lên cổ trục: T' = Z'= T( e + f + g + d ) a+b+c+d+e+f +g = T( e + f + g + d )  ; T” = T - T’ Pd1 ( c + d + e + f + g) + Pd2 ( f + g) + Z( d + e + f + g) − Pm1 (  − a)  Z" = Z + Pđ1 + Pđ2 - (Pm1 + Pm2 + Pck + Z’) Pck: lực quán tính ly tâm m2 khối lượng cổ trục khuỷu mc gây nên Hình 34 Sơ đồ khuỷu trục không đối xứng b- Trường hợp sử dụng đối trọng để cân mô men lực quán tính nên lắp lệch góc θ so với mặt phẳng chứa khuỷu trục: ví dụ má khuỷu thứ động V-8 , τ = 4, ầẩậ 130 chẳng hạn ta phải dùng phương pháp phân tích lực, cách tiến hành sau: Pđz: thành phần lực ly tâm đối trọng gây nên, tác dụng mặt phẳng chứa khuỷu trục, góp phần gây nên phản lực Z’ Z” Pđt : thành phần lực ly tâm tác dụng mặt phẳng vng góc với mặt phẳng chứa khuỷu trục góp phần gây nên phản lực T’ T” Như tính Z’ (hoặc Z”) thay cho Pđ Pđz Còn tính T’, ngồi lực tiếp tuyến T, ta phải thêm lực P đT qua cánh tay đòn tương ứng c- Trường hợp trục khuỷu thiếu cổ trục 155 Trên động xăng, đặc biết động xăng cho xe du lịch thường gặp kết cấu Khi má khuỷu chung có kết cấu đặc biệt Sơ đồ tính tốn khuỷu trục sau: Hình 35 Sơ đồ trục khuỷu thiếu cổ trục Má khuỷu chung chia thành phần (đối xứng qua đường tâm trục khuỷu) Mỗi phần có khối lượng định, coi tập trung trọng tâm phần đó, quay với vận tốc góc ω gây nên lực quán tính ly tâm P’m Pm " Khi biết khoảng cách (cánh tay đòn) ta dễ dàng xác định phản lực tác dụng lên cổ trục Việc tính tốn má khuỷu trường hợp phức tạp khơng có phạm vi đồ án mơn học Trong trường hợp cần thiết, học viên tự tham khảo sách giáo khoa tài liệu có liên quan §5 trường hợp tính tốn khác Trong mục trình bày cách tóm tắt nội dung tính tốn chi tiết chuyển động cấu khuỷu trục truyền Đó vấn đề mà học viên thường phải giải phạm vi ĐAMH ĐCĐT Tuy nhiên có trường hợp cá biệt, ví dụ cần tính tốn kiểm nghiệm cấu phối khí, hệ thống bơi trơn, hệ thống làm mát, bầu lọc khơng khí động cụ thể Nếu gặp tốn người làm ĐAMH cần tham khảo tài liệu có liên quan sách giáo khoa dẫn người hướng dẫn để hoàn thành nhiệm vụ giao 156 157 kết luận Trong bốn phần nội dung cuốn: ‘Hướng dẫn bước thực ĐAMH ĐCĐT dùng cho học viên ngành xe, xe máy cơng binh tăng thiết giáp trình bày đầy đủ kiến thức mà học viên cần nắm vững biết cách vận dụng vào ĐAMH Ngồi ra, học viên phải tham khảo thêm sách giáo khoa tài liệu có liên quan để nắm đặc điểm kết cấu, sở, giả thiết tính tốn chọn tham số hệ số Để thuận tiện cho việc hoàn thành ĐAMH, phụ lục chủ yếu Ngồi có chương trình viết ngơn ngữ PASCAL mà sử dụng để tính nhiệt, tính tốn động lực học tính bền số chi tiết Tuy nhiên phải ý chương trình máy tính cơng cụ, thân người phải biết cách sử dụng điều định chọn tham số nào, chọn phương pháp tính tốn cho hợp lý Ngồi phương pháp tính tốn kiểm nghiệm sức bền theo phương pháp truyền thống sử dụng phạm vi ĐAMH này, ngày phương pháp tính bền tiên tiến nghiên cứu bước áp dụng cho động Những vấn đề trình bày tài liệu xuất mà ta tham khảo thêm 158 ... cổ khuỷu Bảng 27 Điểm 21 22 23 ΣQ'0 = x x x X x x x x x ΣQ'1 = x x x X x x x x x x x x X x x x x x Hợp lực [MN] ΣQ '23 = ΣQ'i = ΣQ0= ΣQ1= ΣQ2= ΣQ3= ΣQ'i = ΣQ21 = ΣQ 22 ΣQ23= = - Xác định... P r2 lấy với dấu dương Các điều kiện kèm theo lập trình sau: a) T ≤ ; Z - Pr2 < π b) T ≤ ; Z - Pr2 = ψ= c) T ≤ 0; Z - Rr2 > π ; Z - Pr2 > π ; Z - Pr2 = f) T > 0; Z - Pr2... nên, ta có: 83 Pr2 = m2 R 2. 10-6 [MN] Prk = mkh R 2. 10-6 [MN] Pr = Pr2 + Prk [MN] mkh gồm có khối lượng mck khối lượng quy dẫn má khuỷu mρ mkh = mck + mρ mρ = 2mm [kg] ρ R [kg] 2mm- phần khối lượng