Tính toán nhóm trục khuỷu bánh đà

Tài liệu tham khảo Kết cấu tính toán động Cơ đốt trong - Bản vẽ Cơ cấu phối khí thuộc Bộ môn Động lực, Khoa Cơ khí, Đại học kỹ thuật

Ch ư ơ n g 5 Tính toán nhóm tru û c khuỷu bánh đ à

5.1 Tính s ư ï c b ê ön tru û c khuỷu

Theo quan đi m s ïc b n v ût li ûu, trục khuy u la d mể ư ề â ê í ì ầ

si u tĩnh đặt tr n n n đa n h i (do th n máy bi n dạng).ê ê ề ì ồ â ế

5.1.1 Giả thi ê ú t t ính toán:

∗ Trục khuy u có đ ü c ïng tuy ût đ i.í ô ư ê ố

∗ Kh ng xét đ n bi n dạng th n máy.ô ế ế â

∗ Kh ng tính đ n li n k t khi chịu các l ûc (xét t ngô ế ê ế ư ừ khuy u theo ki u ph n đoạn).í ể â

∗ Tính toán theo s ïc b n tĩnh.ư ề

∗ Khi xét đ n s ïc b n đ üng s dụng các h û s anế ư ề ô ử ê ố toa n, tr n c s h û l ûc đ üc l ûp tr n các khuy u, trì ê ơ ở ê ư ô â ê í ừ

m men.ô

5.1.2 Tính theo ph ư ơ n g pháp ph â n đ oa û n :

5.1.2.1 Sơ đ ô ö lư û c trê n khuỷu tru û c:

5.1.2.2 Trư ơ ì ng h ơ ü p kh ởi đ ô ü n g :

Gia thi t khuy u trụcí ế í

vị trí đi m ch t tr n (

= 0), do t c đ ü nho boố ô í í

qua l ûc quán tính.ư

Zo = Z = pzmax.Fp

L ûc pháp tuy n Z =ư ế

Pzmax

o l

l Z

Z ′ = ′′

Biªn so¹n TS TrÌn Thanh H¶i Tïng , Bĩ m«n §ĩng lùc, Khoa C¬ khÝ

l”

l’

l o

Z

a’ a”

l

l Z

Z ′′ = ′

(5-1)

a Chô ú t ch ị u uô ú n :

u u

W

l

Z′ ′

=

v ïi ch t đặc ơ ố W=0 1, dch3 ; ch t r ùng ố ô )

d

d ( 1 , 0 W

ch

4 ch

4 ch u

δ

−

=

b Má khuỷu ch ị u ư ï n g su â ú t uô ú n , nén ta ûi A-A:

6 hb

b Z W

M

2 u

u u

′

=

=

σ

bh 2

Z

n =

•Ư Ï ï n g su â ú t t ô ø n g :

n

u + σ σ

=

5.1.2.3 Trư ơ ì ng h ơ ü p lư û c Z max :

L ûc tác dụng Zư max xác định theo c ng th ïc:ô ư

) 1 ( mR P

max z

) C C ( Z

Zo = max − 1 + 2

V ïi : ơ

∗ m: Kh i l üng chuy n đ üng tịnh ti n cu a c c uố ươ ể ô ế í ơ ấ khuy u trục thanh truy n (kg)í ề

∗ C1: L ûc quán tính ly t m cu a ch t khuy u Cư â í ố í 1= mchRω2

∗ C2: L ûc quán tính ly t m cu a kh i l üng thanhư â í ố ươ truy n qui v đ u to Cề ề ầ 2=m2Rω2

b

h

x I II

III

b’

b”

Z’

Z”

Zmax

a’

a”

c' c"

Do v ûy các l ûc tác dụng l n khuy u trục bao g m:â ư ê í ồ

] m m

) 1 ( m [ R P

max z

Pr1, Pr2 la các l ûc quán tính ly t m cu a má khuy u và ư â í í ì

đ i trọng.ố

Pha n l ûc tại các g i:í ư ố

o

o 1 r 2

r o

o

o 1 r 2

r o

l

)

"

b ' b l(

P ) c ' c l 2 ( P l Z Z

l

)

"

b ' b l(

P )

"

c ' c

"l 2 ( P l Z

Z

− +

−

′

−

′ +

′ +

′

=

′′

+

−

−

− + +

′′

=

′

(5-8)

Khi khuy u trục đ i x ïng:í ố ư

2 r 1 r

2

Z Z

a Xác đ ị n h khuỷu nguy hi ê ø m :

Khuy u nguy hi m la khuy u v a chịu l ûc Zí ể ì í ừ ư max va (ì ΣTi-1)max

mu n bi t pha i d ûa va o đ thị T = f(ố ế í ư ì ồ α)

Ví dụ v ïi đ üng c 6 xi lanh, th ï t û la m vi ûc 1-5-3-6-2-4ơ ô ơ ư ư ì ê có giá trị T các góc ở α nh sau:ư

L ûp ba ng ta bi t đ üc khuy u th ï 2 chịu l ûc (â í ế ươ í ư ư ΣTi-1)max

Do đó c n tính b n cho khuy u na y.ầ ề í ì

b Tính s ư ï c b ê ön ch ô ú t khuỷu:

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n ch ô ú t khuỷu: (Coi nh ư khuỷu đ ô ú i x ư ï n g)

u

2 r 1 r u

u u

W

c P a P l Z W

=

=

•Ư Ïng su â ú t xo ă õ n ch ô ú t khuỷu:

k

1 i k

k

R T W

M′ = Σ −

=

Trong đó Wk la m dun ch ng xoă n cu a ch t: Wì ô ố õ í ố k = 2Wu

•Ư Ïng su â ú t t ô ø n g tác du û n g lên ch ô ú t :

2 k

2

u + 4 τ σ

=

c Tính s ư ï c b ê ön c ô ø tru û c khuỷu:

Biªn so¹n TS TrÌn Thanh H¶i Tïng , Bĩ m«n §ĩng lùc, Khoa C¬ khÝ

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n c ô ø tru û c:

ck

3 u

u

b Z W

=

=

•Ư Ïng su â ú t xo ă õ n c ô ø tru û c:

ck 3 1 i k

k k

d 2 , 0

R T W

M′ = Σ −

=

•Ư Ïng su â ú t t ô ø n g tác du û n g lên c ô ø tru û c:

2 k

2

u + 4 τ σ

=

d Tính s ư ï c b ê ön má khuỷu:

•Ư Ïng su â ú t nén má khuỷu:

bh

P

n

−

′

=

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n quanh tru û c y-y:

6 bh

R T W

M W

M

2 1 i uy

k uy

y u y

=

=

• Ư Ïng su â ú t u ô ú n quanh tru û c x-x:

6 hb

) c a ( P b Z W

M

2 2 r ux

x u x

u

− +

′

′

=

=

• ng su t t ng khi chịu u n va nén la Ứ ấ ổ ố ì ì σΣ:

n

y u

x

σ

=

5.1.2.4 Trư ơ ì ng h ơ ü p lư û c T max :

Xác đ ị n h khuỷu nguy hi ê ø m :

Khuy u nguy hi m la khuy u v a chịu l ûc Tí ể ì í ừ ư max va (ì ΣTi-1)max

mu n bi t pha i d ûa va o đ thị T =f(ố ế í ư ì ồ α)

Ví dụ v ïi đ üng c 6 xi lanh, th ï t û la m vi ûc 1-5-3-6-2-4ơ ô ơ ư ư ì ê có giá trị T các góc ở α nh sau Tmax ư ở αTmax = 27

L ûp ba ng ta bi t đ üc khuy u th ï 2 chịu l ûc (â í ế ươ í ư ư ΣTi-1)max

Do đó c n tính b n cho khuy u na y.ầ ề í ì

a Tính s ư ï c b ê ön ch ô ú t khuỷu:

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n quanh tru û c y-y

uy uy

y u y

u

W

l

T W

=

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n quanh tru û c x-x:

ux

2 r 1

r ux

x u x

u

W

c P a P l Z W

=

=

V ïi ch t hình trụ: ơ ố W W 0 , 1 ( d d )

ch

4 ch

4 ch uy

ux

δ

−

=

=

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n t ô ø n g tác du û n g lên ch ô ú t :

2 y u

2 x u

•Ư Ïng su â ú t xo ă õ n ch ô ú t khuỷu:

ch 3 1 i k

k k

d 2 , 0

R ) T T

( W

=

•Ư Ïng su â ú t t ô ø n g khi ch ị u u ô ú n và xo ă õ n tác du û n g lên ch ô ú t khuỷu:

2 k

2

u + 4 τ σ

=

b Tính s ư ï c b ê ön c ô ø tru û c khuỷu:

Tính cho c trục b n pha i vì chịu ta i nặng h n c trụcổ ê í í ơ ổ

b n trái:ê

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n tác du û n g lên c ô ø khuỷu do lư û c ti ê ú p tuy ê ú n T” g ây ra:

uy uy

y u y

u

W

b

T W

=

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n tác du û n g lên c ô ø khuỷu do lư û c pháp tuy ê ú n Z" g ây ra:

ux ux

x u x

u

W

b Z W

=

=

V ïi c trục hình trụ: ơ ổ Wux = Wuy = 0 , d3ck

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n t ô ø n g tác du û n g lên c ô ø :

2 y u

2 x u

Biªn so¹n TS TrÌn Thanh H¶i Tïng , Bĩ m«n §ĩng lùc, Khoa C¬ khÝ

•Ư Ïng su â ú t xo ă õ n c ô ø khuỷu:

ck 3 1 i k

k k

d 2 , 0

R ) T T

( W

=

•Ư Ïng su â ú t t ô ø n g khi ch ị u u ô ú n và xo ă õ n tác du û n g lên c ô ø khuỷu:

2 k

2

u + 4 τ σ

=

c Tính b ê ön má khuỷu:

Má khuy u b n pha i chịu l ûc l ïn h n n n tính toán chỏ ê í ư ơ ơ ê má na y.ì

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n do lư û c pháp tuy ê ú n Z” g ây ra:

6 hb

b Z W

M

2 u

uz uz

′′

′′

=

=

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n do lư û c quán t ính ly t â m P r2 g ây ra:

6 hb

) c a ( P W

M

2 2 r u

ur

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n do lư û c ti ê ú p tuy ê ú n T" g ây ra:

6 bh

r T

2 uT

′′

=

σ

V ïiơ r la khoa ng cách t t m c trục đ n ti t di ûnì í ừ â ổ ế ế ê nguy hi m cu a má.ể í

•Ư Ïng su â ú t u ô ú n do m ô men xo ă õ n

M” K g ây ra:

6 bh

M

2

K uM

′′

=

σ

(5-32)

•Ư Ïng su â ú t xo ă õ n má khuỷu do

lư û c ti ê ú p tuy ê ú n T” g ây ra:

K

K

W

b

T ′′ ′′

=

Do ti t di ûn má khuy u dạngế ê í

b

h

4

3

x

I II

III

IV

ch î nh ût, ïng su t xoă n tại các đi m khác nhau:ư â ư ấ õ ể

i m 1,2,3,4 có

i m I,II có

1hb g

b

T ′′ ′′

(5-34)

i m III,IV có

Đ ể τK = τKmin = g 2τKmax ; g1,g2 la h û s ïngì ê ố ư

su t phụ thu üc h/bấ ô

• Ư Ïng su â ú t nén má khuỷu:

bh

P

n ′′ −

=

L ûp ba ng xét d u ïng su t tác dụng tr n má khuy uâ í ấ ư ấ ê í :

(nén + ; kéo - )

• Ư Ïng su â ú t t ô ø n g ta ûi các đi ê ø m 1,2,3,4 là:

σΣ1,2,3,4 = Σσ1,2,3,4 MN/m2

• Ư Ïng su â ú t t ô ø n g ta ûi các đi ê ø m I,II là:

2 max k

2 II ,I II

,I = Σ σ + 4 τ

•Ư Ïng su â ú t t ô ø n g ta ûi các đi ê ø m II,IV là:

2 min k

2 IV , III IV

, III = Σ σ + 4 τ

5.1.2.5 Trư ơ ì ng h ơ ü p lư û c ∑T max :

Vị trí tính toán la ì α = αΣ Tmax vị trí na y xác định nh đì ờ ồ thị ΣT = f(α), khuy u nguy hi m la khuy u v a chịu đ ng th ií ể ì í ừ ồ ờ

m men ô ΣTmax R va m men xoă n do t ng các l ûc ti p tuy nì ô õ ổ ư ế ế các khuy u tr ïc đó (í ươ ΣTi-1)max.R T đ thị ừ ồ ΣT = f(α), bi t đ ücế ươ

αΣ Tmax quay ng üc lại đươ ồ thị T = f(α), xác định các giá trị T

t ng ïng ươ ư

Biªn so¹n TS TrÌn Thanh H¶i Tïng , Bĩ m«n §ĩng lùc, Khoa C¬ khÝ

Ví dụ αΣ Tmax =80 khi đó qua đ thị T = f(ồ α), có ba ng sau:í

L ûp ba ng tìm khuy u nguy hi m Khuy u nguy hi m laâ í í ể í ể ì khuy u th ï 5 Cách tính toán t ng t û nh trí ư ươ ư ư ường h üp Tơ max

5.2 Tính s ư ï c b ê ön bánh đ à

5.2.1 Giả thi ê ú t :

∗ Ứng su t ph n b đ u tr n ti t di ûn va nh.ấ â ố ề ê ế ê ì

∗ Va nh bánh đa kh ng bị u n theo ph ng đì ì ô ố ươ ường sinh

∗ Ph n n i, nan hoa kh ng a nh hầ ố ô í ưởng đ n s ïc b nế ư ề bánh đa ì

5.2.2 Bánh đ à da û ng vành:

•Ư Ïng su â ú t kéo trê n vành bánh đ à:

σk γbdv

g

=

2

V ïi: ơ γbd = trọng l üng ri ng cu a v ût li ûu bánh đaươ ê í â ê ì (MN/m3)

g = gia t c trọng trố ường (m/s2)

v = t c đ ü ti p tuy n bán kính D/2 s vo ngố ô ế ế ở ở ố ì quay c ûc đại (m/s)ư

Gang xám [σk] = 110MN/m2; thép các bon [σk] = 200MN/m2

5.2.3 Bánh đ à da û ng đ ĩ a :

•Ư Ïng su â ú t h ư ơ ï n g kính:

2

2 o 2 2 2 2 2

) r r )(

r R ( ) 3 ( g 8

−

− µ

+

γω

=

ω: t c đ ü góc ïng v ïi s vo ng quay c ûc đại.ố ô ư ơ ố ì ư

µ: h û s poát x ng.ê ố ô

r: bán kính t ph n t tính toán đ n t m bánh đa ừ ầ ử ế â ì

•Ư Ïng su â ú t tiê ú p tuy ê ú n c ư û c đ a û i (ư ï ng v ơ ï i r = r o ) đ ư ơ ü c t í nh:

o

2 2

2 max

g

γω

=

Biªn so¹n TS TrÌn Thanh H¶i Tïng , Bĩ m«n §ĩng lùc, Khoa C¬ khÝ