Báo cáo cơ cấu trục khuỷu

A.TRỤC KHUỶU : I.KHÁI NIỆM CHUNG : Trục khuỷu chi tiết thuộc nhóm trục khuỷu truyền động cơ, cường độ làm việc lớn giá thành chế tạo cao động chiếm từ (25 ÷ 30%) giá thành động Khối lượng trục khuỷu chiếm từ ÷ 15% khối lượng tồn động Nhiệm vụ : - Công dụng trục khuỷu tiếp nhận lực truyền từ piston qua truyền biến chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay trục khuỷu để truyền công suất Dẫn động cấu khác động hoạt động - I ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC : -Trong trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng lực khí cháy,lực quán tính - Các lực tác dụng gây ứng suất uốn xoắn đồng thời gây dao động dọc dao động xoắn làm động rung động cân - Đảm bảo tính cân tốt ( tĩnh động ) - Chịu lực va đập xoắn - Chịu mài mịn lớn ( khó bơi trơn tốc độ cao ) - Ngồi lực nói cịn gây hao mòn lớn bề mặt ma sát cổ cổ biên - Tuổi thọ động chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ trục khuỷu, kết cấu trục khuỷu cần đảm bảo yêu cầu sau : Khi lựa chọn trục khuỷu phải đảm bảo yêu cầu sau: Có sức bền lớn , độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ mịn Có độ xác gia cơng cao, bề mặt làm việc cần có độ cứng bề mặt độ cứng cao Không xảy tượng cộng hưởng phạm vi tốc độ động Kết cấu phải đảm bảo tính cân tính đồng Dễ chế tạo Độ bền trục khuỷu xác định : Kích thước hình dáng cổ trục, chốt khuỷu má khuỷu Các yếu tố làm giảm độ bền: Sự tập trung ứng suất xuất góc lượn mép lỗ dầu bề mặt làm việc Độ bền thực tế vật liệu chế tạo trục: giới hạn chảy, giới hạn mỏi chịu xoắn Các phương pháp tăng độ bền: học, hóa nhiệt luyện nhiệt luyện … II PHÂN LOẠI : Gồm có khuỷu nhiều khuỷu, có cổ trục để định vị trục khuỷu cho trục khuỷu chuyển động tròn, cổ chốt nối đầu to truyền, có má khuỷu nối chốt với cổ khuỷu, có đối trọng … , điều kiện để chọn kết cấu thích hợp Dch + Dcl >2R - Trục khuỷu nguyên: Bao gồm phần Đầu trục khuỷu, khuỷu ( chốt má cổ khuỷu trục ) đuôi trục khuỷu trục - Trục khuỷu ghép: cổ trục, cổ chốt má khuỷu chế tạo riêng lắp ghép bắt bulon để thành trục khuỷu Động cỡ lớn hay dùng trục khuỷu cỡ lớn chế tạo đoạn, đoạn vài trục khuỷu lắp lại thành trục khuỷu Khi lắp nung nóng 200 ÷ 250 0C lắp khơng cần then Trục khuỷu thiếu cổ ( trốn cổ ) : Đặc điểm kết cấu loại trục khuỷu kích thước nhỏ gọn nên rút gọn chiều dài thân máy giảm khối lượng động Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững thiết kế cần kích thước cổ trục , trục khuỷu đồng thời tăng chiều dày chiều rộng má khuỷu để tăng độ cứng vững cho trục khuỷu Thường dùng động xăng ôtô máy kéo động diezel công suất nhỏ, phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ - III : VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO : 1.Vật liệu chế tạo : • Trước chế tạo trục khuỷu thép cứng sau tơi nhiệt luyện dấn đến trục khuỷu cứng khó điều chỉnh • Ngày chế tạo thép nửa cứng có pha Cr,Ni, Mn… Sau tơi thường hóa VD ôtô :40,45,40X… • Thép bon dùng nhiều • Ngồi cịn dùng gang cầu chế tạo trục khuỷu 2.Phương pháp chế tạo : • Rèn tự do: Trục khuỷu lớn lượng dư lớn suất thấp làm sức bền giảm • Rèn khn: phương pháp đại, suất cao, sản xuất hàng loạt thớ kim loại liên tục, tăng sức bền, lượng dư Trước gia cơng phải ủ thường hóa để khử ứng suất nội làm đồng hạt nhỏ hạt • Đúc: thích hợp sản xuất hàng loạt • Ngày người ta mài bóng trục khuỷu máy Micropolisher IV.Các dạng hư hỏng thường gặp cách khắc phục : tt H hỏng Nguyên nhân Hậu Bề mặt làm việc cổ trục cổ biên bị cào xước Các vị trí cổ biên, cổ trục bị mịn mịn ơvan Do dầu có chứa nhiều cặn bẩn, vết cào xước sâu cát kim loại Làm cho cổ trục bị mòn nhanh mòn thành gờ - Do ma sát bạc cổ trục - Chất lượng dầu bơi trơn kém, dầu có nhiều tạp chất - Do bạc bị mịn - Do lực khí cháy thay đổi theo chu kỳ - Do làm việc lâu ngày -Do khe hở bạc trục nhỏ - Do thiếu dầu bôi trơn ( đường dẫn dầu bị tắc ) - Chất lượng dầu bôi trơn kém, dầu có nhiều tạp chất - Do khe hở lắp ghép trục bạc nhỏ - Do tắc đường dầu bôi trơn - Làm tăng khe hở lắp ráp sinh va đập trình làm việc - Làm tăng khe hở cổ trục cổ biên dẫn đến giảm áp suất dầu bôi trơn Bề mặt làm việc bạc bị cháy xám, tróc rỗ Trục bị bó cháy lớp kim loại bề Làm chi tiết bị mài mòn nhanh - Làm giảm tuổi thọ bạc trục khuỷu.Nếu lặng mặt làm việc Cổ trục bị cong xoắn lỗi chế tạo - Do lọt nước vào buồng cháy, kích nổ cố pittong truyền Đường dầu bị tắc - Do dầu bơi trơn có chứa nhiều cặn bẩn Trục bị gãy nứt - Do tượng kích nổ - Do cố pittong truyền gây - Do tượng lọt nước vào buồng đốt - Do lỗi nhà chế tạo vật liệu chế tạo không đảm bảo yêu cầu - Do tháo lắp không kỹ thuật II.KẾT CẤU TRỤC KHUỶU : phá hỏng trục khuỷu - Làm cho pittong chuyển động xiên xilanh - Gây tượng mịn mịn ơvan cho xilanh pittong - Làm cho phận cổ trục ,cổ biên bị mài mòn nhanh thiếu dầu bôi trơn - Nếu thiếu dầu lớn thường xuyên gây tượng cháy, bó bạc - Phá hỏng trục khuỷu, phá hỏng động 1.Đầu trục khuỷu : Dùng để lắp bánh dẫn động trục cam, bơm nhớt, bơm cao áp, cấu phân phối khí, lắp puly dẫn động quạt gió hoạt bơm nước, puly kéo máy phát điện, đai ốc khởi động để khởi động động tay quay.Các bánh chủ động hay bánh đai dẫn động lắp đầu trục khuỷu theo kiểu lắp lắp trung gian lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục lắp đầu trục khuỷu Ngoài phận thường gặp kể số động cịn có lắp giảm dao động xoắn hệ trục khuỷu đầu trục khuỷu.Bộ dao động xoắn có tác dụng thu lượng sinh momen kích thích trục khuỷu dập tắt dao động gây momen.Bộ dao động xoắn thường gắn đầu trục khuỷu nơi có biên độ dao động xoắn lớn 2.Cổ trục: Cổ trục - - - - - Các cổ trục thường có kích thước đường kính( đường kính cổ trục thường tính theo sức bền điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn,quy định thời gian sử dụng thời gian sửa chữa động ) Trong vài động cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền khả chịu lực cổ trục đồng Cổ sau cổ thường dài cổ khác chịu trọng lực bánh đà lực quán tính xilanh Các cổ trục nằm đường tâm Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu.Mặt khác mơmen qn tính độc cực trục khuỷu tăng lên,độ cứng chống xoắn trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẩn không thay đổi Mặt khác kích thước trục tăng theo trọng lượng trục khuỷu lớn ảnh hưởng đến tần số dao động xoắn toàn hệ trục, dễ xảy tượng cộng hưởng phạm vi tốc độ sử dụng Dct = (0,65 ÷ 0,68)D, lcl = (0,5 ÷ 0,6)Dcl : xăng Dct = (0,7 ÷ 0,85)D : diesel, lcl = (0,5 ÷ 0,6)Dct D: đường kính xilanh Dct :đường kính cổ trục lct :chiều dài cổ trục 3.Bánh đà dạng chậu : Về kết cấu bánh đà dạng chậu khơng khác so với bánh đà dạng đĩa, có khác có thêm vành đúc liền với đĩa Bánh đà dạng chậu thường dùng cho động diezen máy kéo Loại bánh đà có sức bền mômen bánh đà lớn, mặt ma sát dày nên tuổi tho loại bánh đà lớn 4.Bánh đà động sử dụng li hợp thủy lực : Loại bánh đà có kết cấu đặc biệt: dập thép, mặt bánh đà có nhiều cánh chủ động úp sát với cánh bị động Khi trục khủy quay cánh chủ động quay theo, làm cho đầu cánh truyền động quay theo Do động truyền mômen xoắn cho trục bị động V.CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC : Tt HƯ HỎNG Vành bị mòn Nguyên nhân - Lm vic lõu ngy Do bỏnh ăn khớp bánh khởi động bánh bánh đà khởi động Bề mặt bị cào xước, cháy rỗ - Do trượt ly hợp - Do mạt kim loại lọt vào bề mặt làm việc - Do đinh tán nhô cao Bánh đà bị rạn nứt Do vật liệu chế tạo HËu qu¶ Khởi động có tiếng kêu, làm hư hỏng vành bánh đà vành máy khởi động làm việc - Cào xước bề mặt làm việc bánh đà - Gây trượt ly hợp làm việc Gây nguy hiểm cho người động Bánh đà bị chai Do nhiệt độ cao làm việc cứng trượt ly hợp Làm bánh đà ly hợp bị trượt làm việc Bánh đà bị đảo Gây rung giật làm việc làm việc không êm Do lắp ghép không kỹ thuật Bề mặt bánh đà - Do lắp ghép khơng kỹ bị mịn khơng thuật - Do bánh đà bị đảo VI MỘT SỐ KẾT CẤU ĐIỂN HÌNH TRÊN XE : 1.Mecerdes : 2.3L 16valve Dual Mass Gây rung giật làm việc làm việc không êm, giảm công suất động Ford : 1936 Coupe Forcus 2.3L Ranger Clutch 2002 Mustang 5.0 3.Toyota : Toyota Corolla LandCruiser KZJ95 Toda Chrome Molly VII TÍNH SỨC BỀN VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA BÁNH ĐÀ : Xác định momen bánh đà kích thước bánh đà Trong §11 chương V xác định momen bánh đà theo công thức (512): B bd D tb2 = Trong : L đ δ 3600 Lđ MN.m n 2 : Cơng dư chu trình : Độ không không đồng tốc độ góc G bd : Trọng lượng bánh đà (MN) D tb : Đường kính trung bình bánh đà (m) D tb = r + r (xem V-18) Khi thiết kế bánh đà, vào vẽ bố trí chung, sơ chọn đường kính ngồi đường kính để xác định D tb bánh đà Sau vào tính cơng dụng động để chọn hệ số không đồng δ Từ kết phần tính tốn động lực học, xác định cơng dư L đ , thay vào công lượng, ta xác định chiều dày bánh đà Trong thực tế dù động có nhiều xylanh, momen động số Khi mômen động lớn momen cản, trục khuỷu gia tốc lúc bánh đà tích chữ phần lượng dư Khi momen động nhỏ momen cản, trục khuỷu quay chậm dần, bánh đà lúc phóng trả phần lượng tích trữ làm cho trục khuỷu quay Như có nghĩa momen bánh đà lớn, tác dụng làm đồng tốc độ lớn Tuy nhiên tăng momen bánh đà có nghĩa tăng kích thước trọng lượng bánh đà, điều nhiều khơng thể thực cách tùy tiện Vì vậy, momen bánh đà tính tốn theo cơng thức (5-12) thực xác định điều kiện lựa chọn độ không đồng cho phép tốc độ góc trục khuỷu Độ khơng đồng δ lựa chọn theo số liệu thực nghiệm thống kê bảng 27 Từ số liệu ta thấy, loại máy móc thơng thường máy nghiền đá, máy bơm nước, máy tuốt lúa v.v độ không đồng bộ, δ chọn lớn ảnh hưởng độ không đồng sản phẩm không lớn Trái lại, yêu cầu cao chất lượng sản phẩm (độ mịn vải, độ ổn định dịng điện v.v ), độ khơng đồng có ảnh hưởng lớn phải chọn trị số nhỏ, động ô tô cần chọn δ nhỏ phải đảm bảo ổn định động làm việc khơng tải số vịng quay thấp (ra lăngti) Phần cơng dư L đ cơng thức xác định theo diện tích F (hình V-17) diện tích bao phần momen M lớn momen cản M c chu kì nhóm momen M (hiệu M - M c >0) Nếu F tính mm : L đ = F m M m  MN.m Độ không đồng cho phép δ động động đốt : Công dụng động đốt Dẫn động máy công cụ, bơm nước, máy nghiền đá v.v Dẫn động máy dệt vải,máy kéo Dẫn động trực tiếp chân vịt tàu thủy Động tàu thủy động đầu máy diezen dẫn động điện Kéo máy phát Dẫn động đai chuyền điện chiều Dẫn động trực tiếp Kéo máy phát điện xoay chiều Dẫn động trực tiếp để cấp điện cho xe điện Dẫn động đai truyền Dẫn động trực tiếp Dẫn động máy phát đồng hồ Động ô tô δ 1 ÷ 25 40 1 ÷ 60 100 1 ÷ 20 40 1 ÷ 40 100 1 ÷ 70 80 1 ÷ 100 120 1 ÷ 125 300 1 ÷ 125 250 1 ÷ 175 200 1 ÷ 250 300 1 ÷ 200 300 Trong : m M : Tỷ lệ xích momen (MN.m/mm); m  - tỷ lệ xích góc quay (độ/mm) ; Do : GD =3600 E1 m M m , MN/m n Công dư lớn,momen bánh đà lớn Mặt khác từ công thức (5-11) ta thấy momen quán tính bánh đà tỷ lệ thuận với momen bánh đà Nếu số xylanh động có cơng suất nhiều, momen qn tính bánh đà nhỏ Trị số tương đối momen quán tính bánh đà động bốn kỳ nhiều xylanh so với momen quán tính bánh đà động bốn kỳ xylanh có công suất thống kê bảng Từ số liệu của bảng ta thấy, động xylanh trở lên khơng cần thiết có bánh đà momen qn tính cấu truyền công suất lắp với động (khớp nối , bánh đai truyền v.v ) đủ để thay cho mơmen qn tính bánh đà Trị số tương đối mơmen qn tính động bốn kỳ nhiều xylanh so với động xilanh : Số xylanh Tỷ số ％ 100 80 44 22 11 12 Tính sức bền bánh đà: Sau định kích thước bánh đà đủ đảm bảo mômen bánh đà cần thiết GD , cần kiểm nghiệm sức bền bánh đà Khi tính sức bền bánh đà dạng vành ta có giả thiết : a) Ứng suất phân bố tiết diện vành bánh đà b) Vành bánh đà không bị uốn theo phương đường sinh, phần nối, nan hoa v.v không ảnh hưởng đến sức bền vành bánh đà Ứng suất kéo vành bánh đà áp dụng cơng thức tính ứng suất kéo vành trịn quay với tốc độ cao : σK = Yv , MN/m g Y- trọng lượng riêng vật liệu làm bánh đà (MN/m ); g – gia tốc trọng trường (m/s ) v – tốc độ tiếp tuyến tính bán kính D/2 động quay với số vòng quay cực đại (m/s) Ứng suất kéo cho phép nằm phạm vi sau : - Đối với bánh đà đúc gang xám [σ K ]=110 MN/m - Đối với bánh đà đúc thép cacbon [σ K ] =200MN/m Nếu bánh đà làm thành dạng đĩa đường kính ứng suất tiếp tuyến xác định theo công thức sau : σB ( R22  r )(r  r02 ) Y (   ) = , 8g r2 MN/m Trong : Y : Trọng lượng riêng vật liệu làm bánh đà (MN/m )  : Tốc độ góc ứng với số vòng quay cực đại n max động (1/s) ; µ : Hệ số pốt xơng ; r : Bán kính từ phần tử tính tốn đến tâm bánh đà ; Sơ đồ phân bố ứng suất đường kính σ R ứng suất tiếp tuyến σ T giới thiệu hình XIII -6 Từ hình XIII -6 ta thấy muốn tìm σ R max phải tính tương đối nhiều trị số r Ứng suất tiếp tuyến cực đại xuất r = r xác định dễ dàng theo cơng thức sau :  T max = Y [(3   ) R22  (1   ))r02 ] , MN/m 4g Khi tính ứng suất tiếp tuyến, bỏ qua thay đổi chiều dày bánh đà Trị số cho phép ứng suất tiếp tuyến ứng suất hướng kính nằm phạm vi sau : - Đối với bánh đà làm gang xám [σ]=110 MN/m - Đối với bánh đà thép cacbon [σ] = 200 MN/m Khi tính sức bền bánh đà cỡ lớn, có nan hoa liên kết phần ổ với vành bánh đà, ta phải coi vành bánh đà khung siêu tĩnh Để tiện việc tính tốn t a giả thiết : a) Nan hoa bánh đà có tiết diện khơng đổi theo phương bán kính b) Chiều dài nan hoa bằng bán kính vịng trịn trung bình R= D/2 (bán kính tính tốn momen bánh đà ) c) Tỷ số chiều dài vành bánh đà so với bán kính R tương đối nhỏ.Với giả thiết trên, lực siêu tĩnh có tác dụng kéo nan hoa bánh đà xác định theo công thức sau : (Sơ đồ tính tốn giới thiệu hình XIII7) YFv 2 X= F R f ( )  f ( )  F g J F1 MN Trong : Y : Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo thành bánh đà (MN/m ); g : Gia tốc trọng trường (m/s ) ; F : Diện tích tiết diện vành bánh đà ( m ) ; F1 : Diện tích tiết diện trung bình hoa nan ( m ) ; v : Vận tốc tiếp tuyến vành bánh đà bán kính trung bình R ứng với số vịng quay cực đại n max động (m/s) ; J : Momen quán tính tiết diện vành bánh đà tâm quay bánh đà ( m ) ;  : Góc nan hoa (rad);  sin 2      2 sin    sin 2   f ( )     2  2 sin   Trị số f1 ( ) f ( ) đổi tuỳ ý theo số lượng nan hoa bố trí vành bánh f ( )  đà , thống kê bảng : Quan hệ trị số f1 ( ) f ( ) với số nan hoa : Số nan hoa 0,643 0,00608 f ( ) f ( ) 0,957 0,00168 1,274 0,000694 10 1,522 0,000391 12 1,910 0,000202 Ứng suất kéo tiết diện nhỏ nan hoa xác định theo công thức sau : K  X Fmin MN/ m Trị số cho phép ứng suất kéo nằm tronng phạm vi sau: Đối với gang xám [  k]=20 MN/ m Đối vói thép [  k]=35 MN/ m Trên phần vành bánh đà nan hoa , momen uốn Mo lực pháp tuyến No uốn kéo vành bánh đà xác định theo công thức sau : M0  XR  1     sin    MN.m YFv X  MN g sin  Do momen uốn M lực pháp tuyến N tác dụng tiết diện mn cách tiết diện điểm B góc  bất kỳ, xác định theo công thức sau : N0  XR sin  sin  2 YFv X cos  N   g sin  M  M  MN.m MN Ta quy ước chiều dương (+) momen M lực pháp tuyến N chiều làm tăng độ cong vành bánh đà gây ứng suất kéo vành bánh đà Tiết diện nguy hiểm vành bánh đà tiết diện ứng với  0   Ứng suất tổng hợp mặt vành bánh đà vành bánh đà chịu uốn kéo tiết diện tính theo cơng thức sau:   M Wu  N F MN/ m Ứng suất cho phép vành bánh đà chịu uốn kéo nằm phạm vi sau : - Đối với bánh đà gang   =25 MN/ m - Đối với bánh đà thép   =45 MN/ m ***** Ứng suất vành bánh đà: Bánh đà gồm có vành bánh đà nơi tập trung phần lớn khối lượng bánh đà chịu hầu hết ứng suất Các loại ứng suất vành bánh đà: - Ứng suất kéo gây lực ly tâm - Ứng suất bền lực cản cánh tay bánh đà - Ứng suất co phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ Ứng suất co ảnh hưởng lớn yếu tố an toàn Ứng suất kéo : σt = ρ.R2.ω2 = ρ.v2 (N/m2) hay (Pa) Trong : ρ : Khối lượng riêng vật liệu làm bánh đà (kg/m3) V : Vận tốc tiếp tuyến vành bánh đà bán kính trung bình R (m/s) v = πDN / 60 Ứng suất bền :  btρ R  2πR       wl 12 n    19.74 ρω2 R M  12 σb     bt bt Z n t 6     σ 19.742 ρv R b n t     v /R Ứng suất tổng cộng vành bánh đà :   19.74 ρv R   4.935R  3        ρv    ρv  0.75    n t   t b    n t  a) Ứng suất cánh tay bánh đà: - Ứng suất kéo ly tâm tác dụng lên vành bánh đà - Ứng suất uốn gây momen xoắn truyền từ trục đến vành bánh đà ngược lại - Ứng suất co nguyên nhân giống ứng suất có vành bánh đà Ứng suất khó xác định * Ứng suất kéo cánh tay bánh đà : σt1= 3/4σt= (3/4)ρv2 * Ứng suất bền cánh tay bánh đà : T : Momen xoắn cực đại truyền từ trục đến Z : Tiết diện mặt cắt cánh tay bánh đà R : Bán kính trung bình vành bánh đà r : Bán kính trục n : Số lượng cánh tay bánh đà Trọng lượng bán kính trung bình vành bánh đà : F T R Trọng lượng cánh tay bánh đà : P= T R n Momen xoắn cực đại : M  T (R - r) R n Ứng suất bền cánh tay bánh đà :  b1  M T  (R - r) Z R n Z Ứng suất cánh tay bánh đà :   t1  b1 ... Đầu trục khuỷu, khuỷu ( chốt má cổ khuỷu trục ) đuôi trục khuỷu trục - Trục khuỷu ghép: cổ trục, cổ chốt má khuỷu chế tạo riêng lắp ghép bắt bulon để thành trục khuỷu Động cỡ lớn hay dùng trục. .. 9.Đi trục khuỷu : Đuôi trục khuỷu thường lắp với chi tiết động truyền dẫn cơng suất ngồi máy cơng tác Trục thu công suất động thường đồng tâm với trục khuỷu dùng mặt bích để lắp bánh đà Để trục khuỷu. .. trục khuỷu cỡ lớn chế tạo đoạn, đoạn vài trục khuỷu lắp lại thành trục khuỷu Khi lắp nung nóng 200 ÷ 250 0C lắp không cần then Trục khuỷu thiếu cổ ( trốn cổ ) : Đặc điểm kết cấu loại trục khuỷu