Đồ án TTTK sua thiet kế tính toán oto

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn Bùi Hà Trung LỜI NĨI ĐẦU Ngành cơng nghiệp ơtơ phát triển mạnh, ngành cơng nghiệp có vai trò quan trọng kinh tế đất nước Chính việc đào tạo kỹ sư ngành quan trọng mơn học “Thiết kế tính tốn ơtơ ” chiếm vị trí quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư nghành ơtơ máy kéo Mơn học “Thiết kế tính tốn” cung cấp cho sinh viên kiến thức thuộc lĩnh vực lý thuyết ôtô, liên quan đến phát triển ngành ôtô đổi đất nước Đồng thời đề cập đến vấn đề liên quan đến phát triển kỹ thuật ngành ôtô giới Nhận thấy tầm quan trọng cần thiết môn học nên khoa động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên giao cho sinh viên làm đồ án tính tốn thiết kế ơtơ việc tính tốn ơtơ giúp sinh viên hiểu rõ sâu sắc phận chi tiết ơtơ điều đảm bảo cho an toàn xe chuyển động, tiết kiệm nhiên liệu hay tính kinh tế vận hành dễ dàng Em xin cám ơn khoa động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên đặc biệt thầy Bùi Hà Trung giúp đỡ bảo tận tình cho em hồn thành thiết kế đồ án mơn học “Tính tốn kiểm nghiệm bền cho piston” sau thiết kế đồ án em Em chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày tháng … năm, 2019 Sinh viên thực Bùi Văn Quang PHẦN I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHĨM PISTON Nhóm piston gồm có: piston, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu, vòng hãm Động tĩnh động tàu thủy cơng suất lớn có thêm cán piston, guốc trượt… 1.Piston 1.1.Đặc điểm làm việc piston 1.1.1 Công dụng piston - Tạo thành buồng cháy, bảo đảm bao kín buồng cháy khơng cho khí cháy lọt xuống te dầu nhờn sục lên buồng đốt - Nhận lực khí thể truyền lực cho truyền để làm quay trục khuỷu đưa cơng suất ngồi - Trong q trình nén, piston nén khí nạp, q trình thải piston làm nhiệm cụ bơm đẩy bơm quét khí Trong động hai kỳ piston làm nhiệm vụ phân phối khí, đóng mở lỗ nạp thải 1.1.2 Điều kiện làm việc piston Trong trình động làm việc piston chịu tải trọng nhiệt làm ảnh hưởng đến độ bền tuổi thọ piston a.Tải trọng học: lực khí thể lực quán tính gây nên áp suất khí thể tăng đột ngột = 4÷ 12 (MPa) Các lực biến thiên theo chu kỳ nên gây va đập dội chi tiết máy, nhóm piston, xilanh, truyền, làm cho piston bị biến dạng gây hỏng b.Tải trọng nhiệt: tiếp xúc với nhiệt độ trình cháy đạt K gây tác hại sau: - Gây ứng suất nhiệt lớn làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền piston - Gây biến dạng làm piston bị bó kẹt xilanh tăng ma sát piston xilanh - Giảm hệ số nạp làm giảm công suất động - Dầu nhờn nhanh chóng bị phân hủy - Động xăng gây tượng cháy sớm cháy kích nổ c Ma sát ăn mòn hóa học Piston làm việc thường trạng thái nửa khô, thiếu dầu bơi trơn nên ma sát lớn Ngồi đỉnh piston ln tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hóa học thành phần sinh trình cháy Do yêu cầu thiết kế piston cần đảm bảo: - Dạng piston tạo thành buồng cháy tốt - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ bó kẹt - Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính - Đủ bền đủ độ cứng vững để tránh biến dạng lớn - Đảm bảo bao kín buồng cháy để cơng suất động khơng giảm tiêu hao dầu nhờn 1.2 Vật liệu chế tạo piston Vật liệu chế tạo piston phải có tính lý sau đây: - Có sức bền cao độ bền nhiệt lớn - Trọng lượng riêng nhỏ - Hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn - Chịu mòn tốt chịu ăn mòn hóa học - Chống ăn mòn hóa học khí cháy Vật liệu chế tạo piston thường hợp kim gang hợp kim nhôm 1.2.1 Gang hợp kim: Gồm gang xám, gang dẻo, gang cầu v vv thường chế tạo piston động diesel tĩnh tàu thủy cơng suất lớn, số vòng quay thấp - Gang xám hợp kim: 3,2 ÷ 3.65C; 2,1 ÷ 2,4% Si; 0,46 ÷ 0,6 % Mn; 0,07 ÷ 0,1% Cr; 0,15 ÷ 0,55% Ni; 0,13 ÷ 0,3% P Độ cứng bề mặt 195 ÷ 225 HB - Gang dẻo: Độ bền cao gang xám, chế tạo piston động hai kỳ có tải trọng nhiệt lớn: 2,3 ÷ 2,6 % C ; 1,15 ÷ 1,45 %Si ;0,5% Mn ; 0,07% Cr ; < 0,18 % P Độ cứng HB =197 ÷ 245 - Gang cầu: Có độ bền cao ngang thép, chịu mài mòn nhiệt độ cao, khó gia cơng tính cơng nghệ đúc kém, thường đúc đỉnh piston động diesel công suất Gang cầu sản xuất cách dùng Magie (Mg) cho vào nước gang lỏng để biến tính Độ cứng HB =170 ÷ 220 1.2.2 Hợp kim nhôm Hợp kim nhôm thường chế tạo đỉnh piston động cơng suất nhỏ trung bình, động tốc độ cao dùng cho phương tiện vận tải Nó có ưu điểm sau: -Trọng lượng bé: =1,82 ÷ 2,97 (kg /) giảm 50% trọng lượng so với piston gang có độ bền -Hệ số dẫn nhiệt cao: λ =126 ÷ 175 ( W/ C) -Tổn thất ma sát nhỏ -Tính cơng nghệ đúc tốt Độ cứng nhơm nhỏ HB =90 ÷ 120, dễ gia công Khuyết điểm hợp kim nhôm: - Hệ số giãn dài lớn α =17 ÷ 25.C - Độ bền nhiệt hợp kim nhôm - Chịu mòn gang, đắt tiền hợp kim gang + Hợp kim nhôm đồng; thành phần đồng chiếm ÷ 16 %Cu; α =22 ÷ 25 loại dùng + Hợp kim nhơm Silic: Được dùng phổ biến, α giảm dần Si tăng Có 12% Si ; α =19,2 Có 20% Si ; α =18 1.3.Kết cấu piston Piston gồm có ba phần chính: - Đỉnh piston: phần piston, với xilanh nắp máy tạo thành buồng đốt - Đầu piston: bao gồm đỉnh piton vùng đai lắp xéc măng khí, xéc măng dầu, làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy - Thân piston: phần lại piton tính từ xéc măng đầu cuối đầu piston trở xuống, làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến Hình1-1:Kết cấu piston 12345- Đỉnh piston Đầu piston Thân piston Rãnh lắp xéc măng khí Rãnh lắp xéc măng dầu 6789- Bệ chốt piston Bề dày thân piston Vùng đai xéc măng Gân tăng độ cứng cho chốt 1.3.1.Đỉnh piston: phần quan trọng piston Khi thiết kế dạng đỉnh piston, động diesel toàn buồng cháy đặt đỉnh piston cần ý đảm bảo nguyên tắc sau: - Tạo buồng cháy - Có diện tích tản nhiệt nhỏ để tránh tản nhiệt cho buồng cháy - Liên kết phần đầu có góc lượn lớn để truyền dẫn nhiệt cho vùng đai xéc măng - Phù hợp với cách bố trí xupap, piston, bugi, vòi phun v v Đỉnh piston chia làm ba loại lớn sau: đỉnh bằng, đỉnh lồi đỉnh lõm a.Đỉnh bằng: Được dùng phổ biến có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Loại đỉnh hay dùng cho piston động xăng có tỷ số nén thấp động diesel có buồng cháy dự bị xốy lốc (hình 1-2a) b.Đỉnh lồi: Có độ cứng vững cao không cần gân đỉnh nên trọng lượng piston nhỏ diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ đỉnh thường cao đỉnh Loại dùng cho động xăng có buồng cháy chỏm cầu, xupáp treo động xăng hai kỳ công suất nhỏ (hình1-2b) c.Đỉnh lõm: (hình1-2c,g,h,i,k) thường dùng động diesel bốn kỳ hai kỳ có buồng cháy trực tiếp Kết cấu đa dạng chủ yếu phụ thuộc vào phương pháp tạo xốy lốc hình thành khí hỗn hợp q trình cháy Để tránh va chạm đỉnh piston với xupáp piston ĐCT đỉnh chế tạo thường phải khoét lõm Hình 1-2: Các dạng đỉnh piston 1.3.2.Đầu piston Trong trình làm việc động đầu piston truyền phần lớn nhiệt lượng khí cháy truyền cho (khoảng 70 ÷ 80%) qua phần đai xéc măng đến xilanh truyền cho nước khơng khí làm mát động Khi thiết kế phần đầu piston cần ý ba vấn đề bản: tản nhiệt –bao kín – sức bền a.Tản nhiệt: Nếu tản nhiệt không tốt gây tác hại sau : cháy kích nổ, rạn nứt, bó kẹt xéc măng, công suất động giảm sút, ứng suất nhiệt tăng lên vv… Nhiệt lượng cháy truyền cho đầu piston chiếm khoảng ÷ 8% tổng số nhiệt lượng khí cháy sinh Để khắc phục trường hợp biện pháp kỹ thuật : - Thiết kế đỉnh piston dày, bán kính góc lượn đỉnh phần đầu tương đối lớn để dễ truyền nhiệt - Thiết kế đỉnh mỏng có gân - Dùng rãnh chắn dòng nhiệt xéc măng thứ ngăn phần dòng nhiệt truyền cho xéc măng thứ bảo vệ xéc măng đồng thời hướng dòng nhiệt phân tán xuống phía vành đai xéc măng phân tán cho xéc măng 2,3, -Bố trí vị trí rãnh xéc măng thứ gần khu vực làm mát lót xilanh (Hình 1-3) -Ngồi dùng biện pháp cơng nghệ thay đổi vật liệu, phủ lớp men sứ đỉnh để tránh hấp thụ nhiệt, tăng cường chất lượng gia cơng, nâng cao độ bóng đỉnh piston vvv… b.Vấn đề bao kín: Phụ thuộc vào số lượng xéc măng, chất lượng xéc măng, khe hở piston xi lanh, khe hở xéc măng rãnh xéc măng Đối với động đốt trong, bao kín buồng cháy khơng khơng cho lọt khí mà ngăn khơng cho dầu nhờn sục vào buồng cháy, đầu piston phải bố trí rãnh để lắp xéc măng dầu Hình 1-3: Rãnh ngăn nhiệt vị trí xéc măng thứ -Số lượng xéc măng bố trí phụ thuộc vào loại động cơ, ví dụ: động xăng tốc độ cao thường dùng từ ÷ xéc măng dầu Động diesel tốc độ thấp dùng ÷ xéc măng khí; ÷ xéc măng dầu Động tốc độ cao ÷ xéc măng khí; ÷ xéc măng dầu -Khe hở rãnh xéc măng xéc măng ảnh hưởng đến khả bao kín gây va đập xéc măng (nếu lớn) bó xéc măng (nếu nhỏ) Khe hở chọn theo công thức kinh nghiệm Đối với xéc măng khí thứ nhất: Δ = (1/20 ÷ 1/40).h Đối với xéc măng khác: Δ = (1/50 ÷ 1/120).h Đối với xéc măng dầu: Δ = (1/150 ÷1/120).h Trong : Δ - khe hở xéc măng rãnh H - chiều cao xéc măng c.Vấn đề sức bền: Tăng bền cho phần đầu piston chủ yếu gân đỉnh gân nối liền với bệ chốt piston (hình 1-1) Khi thiết kế gân dọc để tăng độ cứng vững bệ chốt cần phải lựa chọn gân cho hợp lý để dễ tháo đúc piston (hình1-4) Hình 1-4: Các kiểu gân dọc thường dùng 1.3.3.Thân piston Có tác dụng dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xilanh chịu lực ngang N Để dẫn hướng tốt, va đập khe hở thân piston xilanh phải nhỏ không gây nên tượng bó thân Khi thiết kế piston cần ý điểm sau: -Chiều dài thân piston -Vị trí lỗ bệ chốt: để áp suất phân bố chuyển động, vị trí lỗ bệ chốt piston thường nằm lệch lên phía trọng tâm phần thân = (0.6 ÷ 0,74 ) Trong động xăng cao tốc, lỗ chốt thường để lệch khỏi đường tâm xilanh tạo thành cấu trục khuỷu truyền lệch tâm vừa cải thiện trình nạp vừa giảm lực ngang N nên động vận hành êm Độ lệch lỗ bệ chốt phía chiều ngang từ 1,5 ÷ 2,5 mm Dạng thân piston: có tiết diện ngang thường ơvan vát ngắn phía hai đầu bệ chốt Để piston chịu lực bị biến dạng khơng bị bó kẹt xilanh Piston bị biến dạng chịu lực khí thể, lực ngang N Và giãn nở nhiệt vùng bệ chốt Để khắc phục tình trạng bó piston người ta thường dùng biện pháp thiết kế sau: + Tiện vát đúc lõm phần thân hai đầu bệ chốt +Giảm độ cứng vững thân cách sẻ rãnh chữ T, chữ U ngang rãnh xéc măng dầu Hình1-5: Áp suất phân bố vị trí lỗ bệ chốt piston +Đúc gắn miếng hợp kim inva vào vùng bệ chốt để hạn chế giãn nở vùng bệ chốt Hợp kim inva có thành phần 30 ÷ 38%Ni,0 ÷8% Cr, lại Fe + Làm thân piston có dạng ơvan, có phương trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt 1.3.4.Chân piston Chân piston thường có vành đai để tăng độ cứng vững, mặt trụ vành đai thường chuẩn công nghệ gia cơng piston mặt a (hình 1-6) nơi điều chỉnh trọng lượng nhóm piston phân nhóm lắp ráp, sai lệch trọng lượng piston trơng nhóm khơng vượt q (0,2 ÷ 0,6) % động ôtô không (1 ÷ 1,5) % động tàu thủy tĩnh 1.3.5.Kích thước kinh nghiệm piston Các kích thước giới thiệu (hình1-7) Hình1-6:Chân piston Hình1-7:Kích thước phần tử piston Chốt piston 2.1 Đặc điểm làm việc chốt piston Chốt piston nối piston với truyền truyền lực tác dụng piston cho truyền để làm quay trục khuỷu Chốt piston chịu tác động lực khí thể lực qn tính có trị số lớn Các lực thay đổi theo chu kỳ phương tác dụng nên gây va đập mạnh đặc biệt động cao tốc Nhiệt độ làm việc chốt cao (khoảng C) chốt khó chuyển động xoay bệ chốt nên việc bơi trơn khó khăn, động hai kỳ, nên chốt dễ bị mòn 10 Kết cấu xéc măng khí thường khác tiết diện ngang, tiết diện thường dùng giới thiệu (hình1-18) Loại tiết diện hình chữ nhật dùng nhiều (hình1-18a) tốc độ động tăng nên chiều cao giảm, để tăng khả bao kín giảm số lượng xéc măng máy, giảm kích thước ban đầu Chiều cao h xác định theo diều kiện áp suất cho phép gia công, lắp ghép làm việc Chiều dày t xác định độ đàn hồi cần thiết ứng suất cho phép: Đối với động có đường kính xilanh: D = 60 ÷ 120 mm ; D/t = 20 ÷ 25 D > 120 mm ; D/t = 26 ÷ 30 Để tăng áp suất tiếp xúc, nâng cao khả bao kín mặt lưng xéc măng làm thành mặt (hình1-18 b, c) góc nhỏ ( ÷ ) Hoặc người ta thường ứng dụng quy luật biến dạng tiết diện không đối xứng để đạt độ cần thiết (hình 1-18 d, e,g, k) có tác dụng làm tăng áp suất tiếp xúc nâng cao độ kín khít Hình 1-17: Tiết diện xéc măng khí Loại xéc măng có tiết diện hình thang (hình1-18h) có khả chống kẹt muội than, làm bó xéc măng làm việc xéc măng va đập làm rơi khỏi mặt nghiêng rãnh Khả chống kết muội khe hở rãnh xéc măng xéc măng thay đổi lực ngang N đổi chiều tác dụng 17 Hình1-18: Độ giảm áp suất qua xéc măng Điều cần ý xéc măng làm việc để mòn lọt khí, kết muội trình làm việc xéc măng phải xoay quanh đường tâm xilanh, xoay rãnh xéc măng Ngược lại động hai kỳ khơng để xéc măng xoay tránh tượng miệng xéc măng bung vấp vào mép lỗ nạp, thải làm gãy xéc măng Do xéc măng động hai kỳ định vị chốt đồng vào rãnh xéc măng Cắt mở miệng (hình 1-20a) đơn giản dùng phổ biến cho xéc măng động cao tốc Tuy nhiên cắt mở miệng kiểu dễ lọt khí, kiểu miệng (hình1-20 b,c) dùng nhiều động tốc độ thấp khả chống lọt khí tốt, nhiên gia cơng khó nhất, loại thường dùng cho động tốc độ thấp Miệng xéc măng có nhiều kiểu khác 3.3.2 Xéc măng dầu vấn đề ngăn dầu nhờn vào buồng đốt Trong trình làm việc động đốt trong, xéc măng khí khơng thể hồn tồn ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy động (hình 1-21) xéc măng khí có tác dụng ‘ bơm dầu’ vào buồng cháy Để tránh tượng phải dùng xéc măng dầu để gạt dầu trở cácte, phân bố mặt gương xilanh lớp dầu mỏng Kết cấu xéc măng dầu đa dạng, nhiều kiểu chia thành hai nhóm sau: loại đơn loại tổ hợp Xéc măng dầu loại đơn giới thiệu (hình 1-22), loại tiết diện có mặt cơn, lưỡi dao (hình 1-22a,e) có áp suất tác dụng mặt gương xilanh lớn từ (4 ÷ at) Rãnh xéc măng dầu piston phải có lỗ dầu (hình 1-23) Loại xéc măng tổ hợp dùng nhiều, đa dạng Hình thức tổ hợp tăng cường áp suất tiếp xúc độn thêm vào mặt bụng loại xéc măng dầu đơn vòng lò xo (hình 1-24a) tổ hợp nhiều thành phần (hình 1-24b) Các vòng thép (2) (3) lắp phía phía vòng lò xo hình sóng (2) tạo thành xéc măng dầu 18 Hình1-21: Tác dụng bơm dầu xéc măng dầu khí Hình1-23: Lỗ dầu piston Hình 1-24: Xéc măng dầu tổ hợp PHẦN II:XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CẦN THIẾT CỦA NHĨM PISTON • Ta có bảng kích thước piston, chốt piston xéc măng: 19 Thông số Đ/cơ xăng, không tăng áp, UAZ Chiều dày đỉnh pistonkhông làm mát đỉnh Chiều dày đỉnh piston có làm mát đỉnh Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ Chiều dày s phần đầu Chiều cao H piston (động bốn kỳ ) Vị trí chốt piston (đến chân piston ) H-h Đường kính chốt piston Đường kính bệ chốt Đường kính lỗ chốt Chiều dày phần thân Số xéc măng khí Chiều dày hướng kính t xéc măng khí Chiều cao a xéc măng khí Số xéc măng dầu Chiều dày bờ rãnh xộc măng (0,1 0,2 ).D (0.05 0,1 ).D (1,0 2,0 ) (0,05 0,1 ).D (1,0 1,6 ).D (0,5 1,2 ).D ( 0,3 0,45 ).D ( 1,3 1,6 ) (0,6 0,8 ) ( )mm ( ).D (2,2 )mm a 1.Xác định chiều dày đỉnh piston () +Chiều dày đỉnh piston không làm mát đỉnh = (0,1 ÷ 0,2).D Do khe hở piston xilanh nhỏ nên: Ta có đường kính xy lanh = 95 nên chọn đường kính piston D = 95(mm) = (0,1 ÷ 0,2).95 = (9,5 ÷ 19) (mm) Ta chọn = 10 (mm) Xác định khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng khí thứ c = (1,0 ÷ 2,0) + Đối với piston không làm mát đỉnh c = (1,0 ÷ 2,0).10 = (10 ÷ 20) (mm) Ta chọn c = 12 (mm) 3.Xác định chiều dày s phần đầu + Chiều dày s phần đầu xác định s = (0,05 ÷ 0,1).D = (0,05 ÷ 0,1).95 s = (4,75 ÷ 9,5) (mm) 20 Ta chọn s = (mm) 4.Xác định chiều cao H piston (Động bốn kỳ) + Chiều cao H piston xác định: H (1,0 ÷ 1,6).D = (1,0 ÷ 1,6) 95 H = (95 ÷ 152) (mm) Ta chọn H =98 (mm) 5.Xác định vị trí chốt piston (đến chân piston) H-h +Vị trí chốt piston ( đến chân piston ) H –h xác định H-h = (0,5 ÷ 1,2).D H-h = (0,5 ÷ 1,2).95 = (47,5÷114) (mm) Ta chọn H-h = 52 (mm) → h = H -54 = 98 - 52 = 46 (mm) 6.Xác định đường kính chốt piston = (0,3 ÷ 0,45).D = (0,3 ÷ 0,45).95 = (28,5 ÷ 42,75) (mm) Ta chọn = 30 (mm) 7.Xác định đường kính bệ chốt +Đường kính bệ chốt xác định : = (1,3 ÷ 1,6) = (1,3 ÷ 1,6).30 = (39 ÷ 48) (mm) Ta chọn =40 (mm) 8.Xác định đường kính lỗ chốt piston +Đường kính lỗ chốt piston xác định theo công thức = (0,6 ÷ 0,8) = (0,6 ÷ 0,8).30 = (18 ÷ 24) (mm) Ta chọn = 20 (mm) 9.Xác định chiều dày thân = (2 ÷ 5) (mm) Ta chọn = (mm) 21 10.Xác định số xéc măng khí + Số xéc măng khí có từ ÷ Ta chọn số xéc măng khí 11.Xác định chiều dày hướng kính t xéc măng khí + Chiều dày hướng kính t xéc măng khí cơng thức : t = (1/22 ÷ 1/26).D = (1/22 ÷ 1/26).95 = (4,31 ÷ 3,65) (mm) Ta chọn t = (mm) 12.Xác định chiều cao a1 xéc măng khí +Chiều cao a1 xéc măng khí xác định cơng thức a1 = (2,2 ÷ 4) (mm) Ta chọn a = (mm) 13.Xác định số xéc măng dầu xác định +Số xéc măng dầu có từ (1 ÷ 3) Ta chọn số xéc măng dầu 14 Xác định chiều dày bờ rãnh xéc măng a +Chiều dày bờ rãnh xéc măng a a ≥ a1 → a ≥ Ta chọn a = (mm) Chiều cao xéc măng dầu a2 a2 ≥ a1 nên chọn a2 = (mm) 15.Xác định chiều dài thân piston Chiều dài thân piston tính theo công thức: lth = H - ( C + 3.a + 3.a1 + a2 ) lth = 98 – ( 12 + 3.3 + 3.3 + ) lth = 64 (mm) 22 Thông số Đ/cơ xăng, không tăng áp, UAZ Chiều dày đỉnh pistonkhông làm mát đỉnh Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ Chiều dày s phần đầu Chiều cao H piston (động bốn kỳ ) Vị trí chốt piston (đến chân piston ) H-h Vị trí chốt piston (đến đỉnh piston) h Đường kính chốt piston Đường kính bệ chốt Đường kính lỗ chốt Chiều dày phần thân Số xéc măng khí Chiều dày hướng kính t xéc măng khí Chiều dày bờ rãnh xéc măng a Số xéc măng dầu Chiều cao a1 xéc măng khí Chiều cao xéc măng dầu Chiều dài thân piston lth 10 (mm) 12 (mm) (mm) 98 (mm) 52 (mm) 46 (mm) 30 (mm) 40 (mm) 20 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 64 (mm) 23 Hình 2.1: Kích thước phần tử piston PHẦN III: TÍNH TỐN, KIỂM NGHIỆM BỀN PISTON 1.Tính tốn sức bền piston a.Tính tốn sức bền đỉnh piston Đỉnh piston vừa chịu tải trọng học (lực khí thể) vừa chịu tải trọng nhiệt nên trạng thái biến dạng phức tạp Vỡ để đơn giản hóa người ta thường tính trạng thái ứng suất gần theo giả thiết định - Tính theo cơng thức Back Cơng thức tính nghiệm bền đỉnh piston Back dựa giả thiết sau: - Coi đỉnh piston đĩa có chiều dày đồng đều, đặt tự gối đỡ hình trụ Áp suất khí thểphân bố • Sơ đồ tính tốn thể hình vẽ sau: 24 3.1 Sơ đồ tính bền đỉnh piston Lực khí thể = phản lực uốn đỉnh piston tiết diện x-x Ta có : áp suất khí thể = 5,7 (Mpa) D: đường kính đỉnh piston = 95(mm) = 0,095(m) Diện tích đỉnh piston tính theo công thức : = = = 7,08.() Trên nửa đỉnh piston có lực sau tác dụng : - Lực khí thể : 5,7.7,08.= 40,3(MN) Lực tác dụng trọng tâm nửa hình tròn , cách x- x đoạn: = == 0.02 (m) - Phản lực phân bố nửa hình tròn , tác dụng lên trọng tâm nửa đường tròn, cách x- x đoạn : (Coi D) = = = 0.03 (m) Do mơmen uốn đỉnh : =()= ( ) 25 = = 2,015.(MN.m) Môđun chống uốn đỉnh tiết diện x-x : = = = 1,58 ( ) Ứng suất uốn đỉnh piston : = = = 127,53 () Ứng suất uốn cho phép sau : -Chọn vật liệu piston gang đỉnh có gân tăng bền: = 100 200 ( ) Vậy đỉnh piston đảm bảo điều kiện bền b.Tính sức bền đầu piston Tiết diện I- I, hình vẽ tiết diện yếu đầu piston ( tiết diện cắt ngang qua rãnh xéc măng dầu ) Tiết diện chịu kéo phần khối lượng phía chịu nén lực khí thể q trình chảy giãn nở 3.2: Kích thước phần tử piston *Ứng suất kéo : = = () Trong đó: : lực khí thể 26 khối lượng phần mặt cắt ( I –I ) diện tích phần mặt cắt ( I –I ) *Tính khối lượng phía tiết diện (I –I) = V (kg) Trong : V : thể tích phần đầu piston :khối lượng riêng vật liệu làm piston,với piston làm gang ta chọn =8(kg/d) = 8.(kg/ - Ta có: : thể tích phần đầu piston phía mặt cắt( I –I ) = ( c+3a+3+) =(0,0120,003 + 3.0,003 + ) = 2,26 () : thể tích phần rỗng đầu piston phía mặt cắt( I –I ) = ( c + 3a + 3+) = D - 2t = 0,095 – 4.= 0,087 (m) == 0,087 – 0,004 = 0,079 (m) (0,012 0,003 + 0,003 + - 0,01) = 1,18 () : thể tích phần rãnh xec măng phía mặt cắt( I –I ) = ( 3a + () 0,003 + = 1,25 ( ) Vậy: Thể tích phần đầu piston V = = ( 2,26.1,25.) 27 = 9,55.( +Khối lượng phần đầu piston : = V.9,55 8.=0,764 (kg) diện tích phần mặt cắt ( I –I ) áp dụng công thức : ) =) = 1,04.() +Tính gia tốc lớn piston: áp dụng công thức : J = R.() Với thông số kết cấu Với λ =R/l = 45/150 = 0,3 R bán kính quay trục khuỷu R = 45(mm) : vận tốc góc piston = = = 251,32 (rad/s) Ta thấy J đạt cực đại Vậy: = R(1+=45.(1+0,3) = 3695 (m/ Suy : = = = = 2714404 () = 2,71 Nhận thấy = 2,71)< = 10 Vậy đầu piston thỏa mãn bền kéo *Ứng suất nén : ứng suất nén tiết diện I –I xác định theo công thức sau: = = 38,75 Nhận thấy = 38,75 )< = 40 Vậy đầu piston thỏa mãn bền nén c.Tính sức bền thân piston 28 Để kiểm tra thân piston có đảm bảo bền hay khơng ta cần phải tính áp suất nén thân piston lên vách xylanh sau so sánh với áp suất nén cho phép : áp dụng cơng thức:= Trong : : áp suất tác dụng lên xylanh : lực ngang cực đại chiều dài thân piston = 64 (mm) = 0,064 (m) Với : = + lực khí thể = =) = (+ ).j khối lượng truyền quy dẫn đầu nhỏ = 0,35.= 0,35.2,9 = 1,015 (kg) = 2,4 (kg) Vậy= (1,015+2,4).4899 = 16730 (N) Vậy=+ 16730 = 16730,0403 (N) Suy : : = =16730,0403 = 4592.(MN) Vậy= == 0,58 Nhận thấy = 0,58) < = (0,15…0,6) Vậy thân piston thỏa mãn bền d.Tính sức bền bệ chốt piston Cũng tính áp suất nén để đảm bảo điều kiện bôi trơn Áp suất bệ chốt : = = = 20,21 ( ) Trong : - đường kính chốt piston - chiều dài bệ tiếp xúc với chốt Áp suất cho phép: Đối với chốt lắp tự do, piston gang : = 35 ( ) 29 Vậy bệ chốt piston đủ điều kiện bền e.Tính khe hở lắp ghép piston xilanh Khe hở lắp ghép thường xác định theo thực nghiệm trạng thái nhiệt độ piston Nói chung khe hở liên quan lớn đến khả truyền dẫn nhiệt qua vách xylanh Nếu coi nhiệt độ trung bình xylanh C khe hở lắp ráp piston phải lựa chọn cho nhiệt độ phần đỉnh piston không vượt C với động diesel không vượt C với động xăng Khe hở nóng piston trạng thái làm việc xác định theo công thức kinh nghiệm sau : =.D Trong đó: - khe hở tương đối piston - Ở phần đỉnh = 0,0020 0,0025 Ở phần thân = 0,0019 0,0015 D –đường kính xylanh ( mm ) Vậy ta có :Ở phần đỉnh : (0,0020 0,0025).95 =(0,19 0,2375) (mm) Ở phần thân :0,0019 0,0015).95 = (0,1805(mm) 30 PHẦN KẾT Mặc dù cố gắng bảo tận tình thầy giáo Bùi Hà Trung, song em kinh nghiệm trình độ hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót q trình thực đề tài Vì em mong nhận bảo thầy cô để đề tài em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô giúp đỡ em hoàn thành đề tài Simh viên thực Bùi Văn Quang 31 ... đỡ bảo tận tình cho em hồn thành thiết kế đồ án mơn học Tính tốn kiểm nghiệm bền cho piston” sau thiết kế đồ án em Em chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày tháng … năm, 2019 Sinh viên thực Bùi Văn... tạo kỹ sư ngành quan trọng mơn học “Thiết kế tính tốn ơtơ ” chiếm vị trí quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư nghành ơtơ máy kéo Mơn học “Thiết kế tính toán cung cấp cho sinh viên kiến thức thuộc... Đồng thời đề cập đến vấn đề liên quan đến phát triển kỹ thuật ngành ôtô giới Nhận thấy tầm quan trọng cần thiết môn học nên khoa động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên giao cho sinh viên làm đồ án tính