Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Chương 7 - HV Kỹ thuật quân sự

CHƯƠNG NHĨM PÍT TƠNG 7.1 NHIỆM VỤ, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, YÊU CẦU VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO PÍT TƠNG 7.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA PÍT TƠNG 7.3 TÍNH TỐN BỀN PÍT TƠNG 7.4 KẾT CẤU, PHƯƠNG ÁN LẮP GHÉP VÀ TÍNH BỀN CHỐT PÍT TƠNG 7.5 XÉC MĂNG 7.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu vật liệu chế tạo pít tơng 7.1.1 Nhiệm vụ nhóm pít tơng - Cùng với lót XL, nắp máy tạo thành buồng cháy cho ĐC - Tiếp nhận lực khí thể, truyền cho TT làm quay TK ngược lại tiếp nhận lực từ TK (của bánh đà XL khác) kỳ tiêu thụ công (nạp, nén, thải) - Nhận nhiệt từ môi chất công tác truyền qua xéc măng tới lót XL cho mơi chất làm mát - Bao kín buồng cháy (ngăn khí lọt xuống các-te dầu nhờn sục lên BC) - Đối với ĐC kỳ, PT có tác dụng van trượt làm nhiệm vụ đóng mở cửa nạp (thải) 7.1.2 Điều kiện làm việc pít tơng - Tải trọng học + Lực khí thể lớn (đạt áp suất 130 bar), tốc độ biến thiên cao (cuối kỳ nén đầu kỳ cháy giãn nở), có tính chu kỳ (360 720 oGQTK) + Lực quán tính lớn (nhất ĐC cao tốc) + Lực ngang + Lực ma sát  gây nên ứng suất lớn, làm biến dạng PT làm hư hỏng PT - Tải trọng nhiệt PT trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ cao (2300-2800 K)  nhiệt độ phần đỉnh PT cao (500-800 K); dễ gây tác hại: + US nhiệt lớn, rạn nứt PT + Giảm tính vật liệu chế tạo pít tơng + Biến dạng lớn làm bó kẹt pít tơng XL, tăng ma sát PT-XL + Giảm hệ số nạp  giảm công suất ĐC + Phân hủy dầu nhờn nhanh + Dễ gây kích nổ với ĐC xăng - Mài mịn học ăn mịn hóc học + Do lực ngang N ép PT thành XL, biến dạng PT tác dụng tải học tải trọng nhiệt, thiếu dầu bôi trơn  tăng ma sát mài mòn PT + Do PT tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy dầu bơi trơn có chứa a xít  PT bị ăn mịn hố học 7.1.3 u cầu PT - Đỉnh PT phải tạo hình dạng buồng cháy tốt - Đảm bảo điều kiện bền, cứng vững - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ, tăng hệ số nạp, giảm trường nhiệt độ, ứng suất nhiệt - Khối lượng nhỏ - Đảm bảo bao kín buồng cháy - Chịu mài mòn, va đập - Giãn nở 7.1.4 Vật liệu chế tạo Yêu cầu vật liệu: - Có SB nhiệt độ cao; trọng lượng riêng nhỏ - Hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn - Cơ tính vật liệu giảm nhiệt độ tăng - Chịu mòn tốt điều kiện bôi trơn nhiệt độ cao - Chịu ăn mịn hố học - Tính cơng nghệ tốt Vật liệu thường dùng: - Gang (gang hợp kim-gang xám, gang dẻo-gang rèn, gang graphit-gang cầu): chế tạo PT ĐC thấp tốc - Thép hợp kim: dùng (dẫn nhiệt kém, tính đúc kém) - Hợp kim nhẹ (HK nhôm HK manhê): chế tạo PT ĐC cao tốc Hợp kim nhẹ Gang Ưu điểm Ưu điểm - Độ bền cao, chịu mài mòn tốt - Khối lượng riêng bé - Độ bền giảm nhiệt độ tăng - Tính dẫn nhiệt tốt - Hệ số giãn nở nhỏ - Tính cơng nghệ tốt - Tính cơng nghệ tốt (đúc, gia công) - Hệ số ma sát với gang nhỏ (trừ gang graphit) Nhược điểm - Giá thành rẻ - Độ bền kém, chịu mài mòn Nhược điểm - Độ bền giảm mạnh nhiệt độ - Khối lượng riêng lớn tăng - Dẫn nhiệt - Hệ số giãn nở lớn - Ở nhiệt độ cao, tính - Giá thành đắt - Tính cơng nghệ gang graphit - Tính cơng nghệ HK manhê Biện pháp nâng cao tính PT sử dụng vật liệu HK nhơm: - Nhiệt luyện tốt, xử lý xít hóa (ngâm PT dung dich 3% Cr2O3) - Dùng HK nhôm rèn - Tăng chiều dày - Thêm nguyên tố Si để giảm hệ số giãn nở - Dùng biện pháp cơng nghệ (xẻ rãnh, thân hình van, vành cản nhiệt, gân tăng cứng, khoét bớt vật liệu đầu bệ chốt…) 7.2 Kết cấu pít tơng Hình 6.1 Kết cấu pít tơng - Đỉnh pít tơng - Đầu pít tơng - Rãnh lắp xéc măng khí - Rãnh lắp xéc măng dầu chốt pít tơng - Đi (chân) pít tơng - Vùng đai xéc măng - Thân pít tơng - Bệ 7.2.1 Đỉnh pít tơng Hình 6.2 Các dạng kết cấu đỉnh pít tơng Ngồi ra, loại vật liệu khác nghiên cứu phát triển HK gốm, chất dẻo, graphít PP chế tạo xéc măng - Đúc đơn chiếc: phơi đúc định hình cho chiếc, tổ chức gang đồng đều, lượng dư gia công nhỏ - Nhiệt định hình: phơi đúc thành ống, cắt lát, gá nhiều XM lúc, nhiệt luyện để định hình (600 – 650 oC) - Gia cơng định hình phơi đúc: phôi đúc thành ống XM trạng thái tự do, cắt lát, cắt mở miệng Sau gia công: mạ Crơm, phun bọc Mo, cacbua, xít, … Đối với xéc măng dầu kiểu tổ hợp: chế tạo PP dập, cán, nhiệt luyện 7.5.2 Kết cấu xéc măng khí Chú thích Mặt đáy Mặt lưng (mặt công tác) Mặt bụng Phần miệng Khe hở miệng trạng thái lắp XL (f0) h – chiều cao XM t – chiều dày XM D – Đường kính ngồi Hình 6.49 Kết cấu xéc măng Hình 6.50 Sơ đồ tác dụng bao kín xéc măng khí Hình 6.51 Tiết diện ngang XM khí Hình 6.52 Biến dạng XM có tiết diện khơng đối xứng Hình 6.54 XM có ghép vịng đồng vịng thiếc Hình 6.53 Khe hở XM PT Hình 6.55 Cố định XM PT động kỳ Pít tơng; chốt; XM Hình 6.56 Kết cấu miệng XM khí Hình 6.57 Phân bố áp suất XM a Khi XM b Khi XM cũ XM bất đẳng áp XM đẳng áp 7.5.3 Kết cấu xéc măng dầu Nhiệm vụ: - Gạt dầu bôi trơn bám XL cacte - Phân bố lớp dầu mỏng, XL Hiện tượng bơm dầu Hình 6.58 Tác dụng bơm dầu XM khí Pít tơng; Xy lanh; Xéc măng Hình 6.59 Kết cấu XM dầu Hình 6.61 XM dầu tổ hợp Xy lanh; Xéc măng; Hình 6.60 Lỗ dầu PT Đệm lị xo; Pít tơng 7.5.4 Tính bền xéc măng Giả thiết: Coi XM dầm cong - Ứng suất uốn công tác: σu1 - Ứng suất uốn lắp ghép: σu2 - Ứng suất gia cơng: σu3 Hình 6.62 Sơ đồ tính tốn ứng suất uốn cơng tác Hình 6.63 Sơ đồ tính tốn ứng suất uốn lắp ghép - Áp suất nén trung bình nằm khoảng: Ptb = – bar - Đối với XM bất đẳng áp, tính tốn thêm đại lượng áp suất phân bố vị trí Tính bền XM PP PTHH Hình 6.64 Mơ hình tính bền XM PP PTHH Hình 6.65 Trạng thái ứng suất cơng tác XM Hình 6.66 Trạng thái ứng suất cơng tác XM Hình 6.67 Trạng thái ứng suất lắp ghép XM Hình 6.68 Trạng thái biến dạng XM lắp ráp ... cao, chịu mài mòn tốt - Khối lượng riêng bé - Độ bền giảm nhiệt độ tăng - Tính dẫn nhiệt tốt - Hệ số giãn nở nhỏ - Tính cơng nghệ tốt - Tính cơng nghệ tốt (đúc, gia công) - Hệ số ma sát với gang... điểm - Giá thành rẻ - Độ bền kém, chịu mài mòn Nhược điểm - Độ bền giảm mạnh nhiệt độ - Khối lượng riêng lớn tăng - Dẫn nhiệt - Hệ số giãn nở lớn - Ở nhiệt độ cao, tính - Giá thành đắt - Tính cơng... - Cơ tính vật liệu giảm nhiệt độ tăng - Chịu mòn tốt điều kiện bôi trơn nhiệt độ cao - Chịu ăn mịn hố học - Tính cơng nghệ tốt Vật liệu thường dùng: - Gang (gang hợp kim-gang xám, gang dẻo-gang