Khảo sát tính toán kiểm nghiệm cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền động cơ 831d5 000 trên xe lancia có sử dụng phần mềm catia

MỤC LỤC MỤC DÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI .3 KHẢO SÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 831D5000 1.1 Giới thiệu động 831D5.000 1.2 Các thông số kỹ thuật động 831D5.000 lắp xe Lancia 1.3 Cơ cấu trục khuỷu - truyền - piston .7 1.4 Nhóm thân máy - nắp máy 1.4.1 Nắp máy 1.4.2 Thân máy 1.5 Cơ cấu phân phối khí 1.6 Hệ thống nhiên liệu .11 1.8 Hệ thống bôi trơn 13 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 831D5.000 16 2.1 Vẽ đồ thị công .16 2.1.1 Các thơng số tính tốn 16 2.1.2 Đồ thị công 17 2.2 Động học động lực học cấu trục khuỷu – truyền .20 2.2.1 Động học 20 2.2.2 Động lực học 24 2.2.3 Đồ thị T, Z, N theo  .28 2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f(  ) 31 KHẢO SÁT CƠ CẤU PISTON-KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 831D5.000 .33 3.1 Piston động 831D5.000 33 3.1.1 Piston 33 3.1.2 Chốt piston 35 3.1.3 Xécmăng .35 3.2 Nhóm truyền động 831D5.000 .36 3.2.1 Thanh truyền 37 3.2.2 Bạc lót đầu to truyền 39 3.2.3 Bulông truyền động .40 3.3 Khuỷu trục động 831D5.000 40 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU PISTON-KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 831D5.000 44 4.1 Tính tốn kiểm nghiệm bền nhóm piston .44 4.1.1 Tính tốn piston .44 4.1.2 Tính tốn sức bền chốt piston 47 4.1.3 Tính tốn xecmăng .48 4.2 Tính tốn sức bền truyền .50 4.2.1 Tính sức bền đầu nhỏ truyền 50 4.2.2 Tính sức bền thân truyền 56 4.2.3 Tính sức bền đầu to truyền 58 4.2.4 Tính tốn sức bền bulơng trùn 60 4.3 Tính tốn nhóm khuỷu trục động 61 4.3.1 Sơ đồ tính tốn .61 4.3.2 Tính bền trường hợp chịu tải 62 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA 67 5.1 Lịch sữ đời tính phần mềm Catia 67 5.1.1 Lịch sử đời Catia 67 5.1.2 Tính phần mềm Catia 67 5.2 Thiết kế chi tiết 3D modul part design 71 5.3 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design .74 5.3.1 Tính Assembly Design 74 5.3.2 Phương pháp, trình tự thiết kế vẽ lắp Assembly Design .74 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 831D5.000 76 6.1 Thiết kế chi tiết piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 76 6.1.1 Thiết kế 3D nhóm trục khuỷu động 831D5.000 .77 6.1.2 Thiết kế 3D nhóm truyền động 831D5.000 82 6.2 Lắp ráp cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 .86 6.3 Mô cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 88 6.4 Xây dựng bản vẽ 2D cấu piston – khuỷu trục – truyền 91 Kết luận 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .95 MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Cùng với việc phát triển công nghệ thông tin khoa học kỹ thuật thời đại ngày Đã kéo theo phát triển nghành nghề khác có liên quan Với việc ứng dụng thành tựu đạt lĩnh vực công nghệ thông tin giúp cho q trình tự động hóa sản xuất người ngày hoàn thiện tối ưu Đối với chun ngành khí việc áp dụng công nghệ thông tin ngày cấp thiết liên tục diễn trình sản xuất nhằm rút ngắn thời gian nâng cao chất lượng sản phẩm Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian người thiết kế trợ giúp công cụ công nghệ thông tin Trong phầm mềm hỗ trợ thiết kế dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy Đề tài: Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 xe Lancia có sử dụng phần mềm Catia Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp giúp cho em áp dụng kiến thức học trường mà cịn hiểu biết kiến thức nhiều tiếp xúc với thực tế thiết kế Nắm vững kết cấu, tính tốn kiểm nghiệm chi tiết máy Đặc biệt hiểu sâu cấu khuỷu trục-thanh truyền động đốt Sự hổ trợ công nghệ thông tin thiết kế Sự hỗ trợ phần mềm Catia thiết kế mô chi tiết máy KHẢO SÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 831D5000 1.1 Giới thiệu động 831D5.000 Động 831D5.000 động kỳ dùng nhiên liệu xăng, tăng áp hãng Lancia sản xuất lắp xe Delta HF Integrale Động có xilanh bố trí thẳng hàng Sử dụng cấu phối khí loại DOHC, trục cam lắp nắp máy, dẫn động cho hai dãy xupáp, trục cam dẫn động xupáp nạp, trục dẫn động xupáp thải, cam dẫn động trực tiếp lên xupáp Dẫn động trục cam thực thơng qua truyền đai Hình - Động 831D5.000 Hình - Mặt cắt ngang động 831D5.000 Hình - Mặt cắt dọc động 831D5.000 1.2 Các thông số kỹ thuật động 831D5.000 lắp xe Lancia Bảng 1-1 Thông số kỹ thuật động 831D5.000 S Thông số Số liệu kỹ thuật Đơn vị TT Loại động Xăng Số kỳ Số xilanh I=4 Bố trí xilanh Thẳng hàng Đường kính xilanh D = 84 mm Hành trình Piston S = 90 mm Dung tích xilanh 1995 cc Tỉ số nén =8 Thứ tự nổ 1-3-4-2 Cơng suất cực đại số vịng quay 5750 rpm Mơmen xoắn cực đại số vịng quay 3500 rpm Khe hở nhiệt xupáp Xupáp nạp Xupáp xả Góc mở sớm xupáp nạp Góc đóng muộn xupáp nạp Góc mở sớm xupáp xả Góc đóng muộn xupáp xả Số xupáp xilanh 151 Kw 298 N.m 0,35 0,4 mm mm 35 30 độ độ độ độ Cam đóng mở xupáp DOHC Đường kính cổ trục cam 25 mm Đường kính nấm xupáp nạp 34,5 mm Đường kính nấm xupáp xả 28,5 mm Phun xăng điện tử có 1.3 Cơ cấu trục khuỷu - truyền - piston Cơ cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 sẽ trình bày kỹ phần 1.4 Nhóm thân máy - nắp máy Thân máy nắp máy chi tiết máy cố định, có khối lượng lớn kết cấu phức tạp động đốt Hầu hết cấu hệ thống động đốt lắp thân máy nắp máy 1.4.1 Nắp máy Nắp xilanh chi tiết đậy kín đầu xilanh phía điểm chết Nó nơi để lắp phận cấu khác như: bugi, cấu xupáp, trục cam, v.v Trong trình làm việc, nắp xilanh phải chịu điều kiện xấu chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn, ăn mịn hố học nhiều Ngồi lắp ráp, nắp xilanh cịn chịu ứng suất nén xiết chặt bulông Động 831D5.000 có mặt quy lát đúc từ hợp kim nhôm - silic nhằm giảm trọng lượng, tản nhiệt tốt giảm khả kích nổ Nắp máy đúc chung cho tất cả xilanh để tăng độ cứng vững, đường nạp đường thải bố trí hai phía Mặt quy lát bắt chặt với block động bulông êcu chịu lực đậy phía khoang xilanh Giữa block động nắp máy có roăng làm kín bề mặt lắp ghép Roăng làm kín xupáp nạp có nhiệm vụ khơng cho dầu bôi trơn chảy xuống buồng cháy Dạng buồng cháy động b̀ng cháy hình chêm , có nhiều ưu điểm: gọn, có cường độ xốy lốc thích hợp (do diện tích chèn khí piston nắp xilanh gây nên) Mỗi mặt quy lát có xupáp nạp xupáp thải, chúng nghiêng góc 100 so với trục thẳng đứng Trên quy lát có bệ đặt trục cam giàn cị mổ để đóng mở xupáp, tất cả phận dẫn động xupáp đỉnh nắp máy bảo vệ nắp đậy xupáp hay vỏ bọc nắp máy làm kim loại có lớp chất dẻo để giảm ồn 1.4.2 Thân máy Hình - Thân máy động 831D5.000 Thân máy nơi để gắn xilanh bệ để đặt trục khuỷu, chứa đường dầu bôi trơn động v.v Phía thân máy gắn với nắp quy lát bulơng êcu chịu lực, cịn phía có gắn cacte chứa dầu bơi trơn Trong q trình làm việc, thân máy chịu lực khí thể lớn truyền theo nhiều kiểu khác Thân máy động 831D5.000 kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu đúc gang xám Với kết cấu lực khí thể tác dụng lên nắp xilanh sẽ truyền cho thân xilanh qua gujông nắp xilanh Các xilanh đúc liền với vỏ thân, mặt gia cơng xác mài bóng, chung quanh có nước làm mát bao bọc Kết cấu có độ cứng vững tương đối lớn, nhẹ đỡ tốn kim loại Ổ trục khuỷu chia thành hai nửa Nửa đúc liền với vách ngăn gia cố thân máy - hộp trục khuỷu Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bulông 1.5 Cơ cấu phân phối khí Hệ thống phân phối khí động 831D5.000 dùng xupáp treo Gồm trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp cam thải) Trục cam dẫn động xupáp đặt nắp máy Ở đầu trục cam lắp bánh dẫn động Các bánh trục cam dẫn động đai Để thuận tiện cho việc căng đai, hệ thống phân phối khí động lắp tự động căng đai Mỗi xilanh động bố trí bốn xupáp đỉnh buồng đốt (2 xupáp nạp xupáp thải) Các xupáp khác tên đặt nghiêng góc chúng 450 Các đường ống nạp thải động bố trí sang bên động Để cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao dãi tốc độ Ở đầu trục cam nạp lắp thêm phận xoay cam nhằm đáp ứng pha phân phối xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động + Nguyên lý làm việc cấu phân phối khí 10 Ø84 11 12 13 14 Hình - Sơ đờ bố trí xupáp 1- Buly dẫn động trục cam; 2- trục cam; - Cam; 4- Xupáp; – Ống dẫn hướng; – Con đội xupáp; 7- Móng hãm xupáp; 8- Nắp quy lát; – Thân xupáp; 10- Lò xo nhỏ; 11-Vòi phun; 12 – Trục cam nạp; 13 – Bugi; 14 – Trục cam thải; - Phương án bố trí dẫn động xupáp Cơ cấu phân phối khí động dùng xupáp treo Với kiểu bố trí làm cho b̀ng cháy động gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ nên giảm tổn thất nhiệt Khả chống kích nổ cải thiện nhiều Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải đường nạp thoát làm cho sức cản khí động giảm nhỏ Mỗi xilanh động bố trí xupáp (2 hút, xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thơng giảm đường kính nấm xupáp, khiến cho xupáp khơng bị q nóng tăng sức bền Các xupáp bố trí thành dãy (một dãy xupáp nạp dãy xupáp thải) Các đường ống nạp ống thải bố trí hai phía Theo cách bố trí động xupáp đặt nghiêng góc 22,50 so với đường tâm xilanh dễ dàng bố trí đường thải đường nạp nắp xilanh Tuy nhiên phương án lại làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều Để khắc phục nhược điểm động 831D5.000 dùng hai trục cam (cam nạp cam thải) để dẫn động trực tiếp xupáp * Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc cấu phân phối khí chia làm hai q trình bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp trình lị xo giãn đóng kín xupáp - Q trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động làm việc trục khuỷu quay làm cho dây đai dẫn động cấu phân phối khí lắp đầu trục khuỷu quay theo, thông qua truyền động đai trung gian dẫn động bánh (1)lắp đầu trục cam làm cho trục cam đóng mở xupáp quay Khi vấu cam tiếp xúc với đội (6) Con đội bắt đầu chuyển động xuống tác động vào xupáp (4) ép lị xo xupáp (10) nén lại đồng thời xupáp chuyển động xuống làm mở cửa nạp (nếu giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) cửa thải (trong trình thải) thực q trình nạp mơi chất thải khí cháy ngồi - Q trình lị xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di chuyển theo đỉnh vấu cam vượt qua đường tâm đội Lúc đội (6) bắt đầu di chuyển lên, lò xo xupáp (10) từ từ giãn nhờ vào đế chặn lị xocùng với móng hãm (7) đẩy xupáp tịnh tiến vị trí ban đầu thực q trình đóng kín xupáp Chu trình đóng mở lặp lặp lại tuân theo chu kì làm việc pha phân phối khí 10 Bước Tạo sketch mặt phẳng XY plane sữ dụng lệnh Pad khối theo thuộc tính Dimension hình Sau pad đùn lên 14,5 mm để đùn Bước 10 Sử dụng lệnh Mirror lấy đối xứng không xóa part ng̀n vẽ ta biên dạng trục khuỷu hình Bước 11 Tạo sketch 11 mặt phẳng XY plane sữ dụng lệnh Pad khối theo thuộc tính Dimension hình để đùn 82 Bước 12 Tạo sketch 12 mặt phẳng XY plane sữ dụng lệnh Pad khối theo thuộc tính Dimension hình để đùn Bước Tạo sketch 13 mặt phẳng XY plane sữ dụng lệnh Pad khối theo thuộc tính Dimension hình để đùn Bước 13 Tạo lỗ ren lắp bu lơng mặt bích trục khuỷu lệnh hole thước ren M8x1.2 với kích 83 Bước 14 Sử dụng lệnh Adge Fillet để bo cạnh trục khuỷu với bán kính mm Hiệu chỉnh bề mặt ta chi tiết hoàn chỉnh 6.1.2 Thiết kế 3D nhóm truyền động 831D5.000 Sau nghiên cứu bản vẽ chi tiết truyền, kích thước bản đưa cách thiết kết truyền liền phần đảm bảo kích thước tính mơ Bước Tạo sketch.1 mặt phẳng XY plane có kích thước biên dạng hình sau: 84 Dùng lệnh pad mm để đùn khối theo thuộc tính Dimension nhập chiều cao Bước Tạo sketch.1 mặt phẳng XY plane có kích thước biên dạng hình sau: Sử dụng lệnh pocket tạo lỗ hình với độ sâu mm 85 Bước 3: Tạo sketch.1 mặt phẳng XY plane có kích thước biên dạng hình sau: Dùng lệnh pad để đùn khối theo thuộc tính Dimension nhập chiều cao 5mm Sử dụng lệnh hiệu chỉnh ta có truyền hình vẽ 6.1.3 Thiết kế 3D nhóm piston động 831D5.000 Dựa vào bản vẽ kết cấu, số liệu piston động 831D5.000 đo ta tiến hành bước xây dựng 3D nhóm piston động 831D5.000 Bước Tạo sketch.1 mặt phẳng XY plane có kích thước biên dạng hình sau: 86 Bước Sử dụng lệnh Shaft tạo part theo biên dạng sketch.1 Bước Trong sketch vẽ chốt khuỷu có biên dạng hình vẽ Bước 4: Sử dụng lệnh hiệu chỉnh để hoàn thiện piston hình vẽ 87 6.2 Lắp ráp cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 - Sau hoàn thành thiết kế 3D chi tiết ta vào môi trường làm việc assembly design catia để lắp ráp cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 mơi trường làm viêc hình - Kích chọn produc1/vào insert/ exsting component… xuất họp thoại ta chon chi tiết càn lắp ghép 88 - Tiến hành lắp ghép chọn buộc mặt tiếp xúc nhau, ràng buộc theo góc, ràng buộc đờng trục, ràng ràng buộc hai mặt có khoảng cách, cố định - Thực lệnh tương tự ta ráp cho piston - truyền lại vào trục khuỷu Kết quả hình 89 6.3 Mơ cấu piston – khuỷu trục – truyền động 831D5.000 Bước 1: Từ bản vẽ lắp cấu ta vào mơi trường simulation hình vẽ Bước 2: Vào Insert/ New Mechanism để tạo mô Cây thư mục sẽ xuất môi trường làm việc mô Ta sẽ làm việc mô chuyển động với công cụ New Joint hình vẽ 90 Bước 3: Kích chuột vào Ta liên kết hình vẽ tạo máy liên kết piston xylanh Bước 4: Kích chuột vào chốt khuỷu tạo máy liên kết cứng piston Bước 5: Chọn truyền Bước 6: Chọn trục khuỷu tạo máy liên kết chuyển động chốt khuỷu tạo máy liên kết chuyển động truyền 91 Bước 6: Tạo máy chuyển động quay trục khuỷu Bước 7: Vào Insert/ Simulation để mô xuất hộp thoại hình vẽ khai báo tốc độ, góc quay trục khuỷu 92 Bước 8: Trên cơng cụ click vào mục Compile Simulation xuất phai video mô trình chạy Chọn Ok thực tạo phai video 6.4 Xây dựng bản vẽ 2D cấu piston – khuỷu trục – truyền Khởi động Catia vào File/ New/xuất hộp thoại ta chọn Drawing xuất mơi trường 2D hình vẽ - Trên cơng cụ ta chọn Front view, vào Windown mở cửa sổ bản vẽ 3D 1.lap.CATproduct để xuất 2D - Chọn mặt phẳng để nhìn Kết quả hình vẽ 93 - Cắt chi tiết với cơng cụ Sections hình vẽ: - Lưu bản vẽ 2D nhấn tổ hợp phím Ctrl+S lưu thành dwg có thư mục save as type 94 KẾT LUẬN Qua phần trình bày tính tốn cấu piston – khuỷu trục – truyền ta nhận thấy tầm quan trọng việc ứng dụng phần mềm thiết kế Nó mang lại cho người thiết kế cách nhìn tổng quan khả thiết kế xác chi tiết phần mềm Catia Tiết kiệm thời gian công sức cho người thiết kế Thông qua đồ án tốt nghiệp giúp em hiểu sâu tầm quan trọng cấu piston - khuỷu trục - truyền, tính trợ giúp thiết kế phần mềm Catia Do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa trang bị thời gian học tập trường, phần tìm hiểu Catia để thiết kế mơ cấu.Tài liệu tham khảo cịn hạn chế chưa cập nhật đủ thông tin cần thiết nên đề tài cịn hạn chế mặt trình bày phương pháp tính tốn Qua nhận thấy bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi để đáp ứng yêu cầu người cán kỹ thuật thời đại “công nghệ ứng dụng” Cũng qua q trình tìm tịi, q trình nghiên cứu để thực đề tài cho em tiếp thu thêm lượng kiến thức không nhỏ, giúp ích cho bản thân người thực đề tài sau trường tự tin Được giúp đỡ giáo viên hướng dẫn cố gắng bản thân em hoàn thành đề tài tiến độ đảm bảo yêu cầu tính tốn cấu máy Sau em mong góp ý bảo quý thầy (cơ) để em hồn thiện kiến thức đề tài 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn động đốt I, II” Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp; 1979 [2] T.S Dương Việt Dũng “Giáo trình mơn học kết cấu động đốt ” Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng; 2007 [3] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý động đốt ” Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000 [4] Nguyễn Hữu Phước “ Hướng dẫn sử dụng Catia V5” NXB Giao thông vận tải; 2006 [5] TS Trần Thanh Hải Tùng “ Bài giảng mơn học tính tốn thiết kế động đốt ” Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng; 2007 [6] “Catalog Lancia” NXB LANCIA [7] Các webside: [Y] http://www.oto-hui.com/diendan/forumdisplay.php?f=106 tháng 5-2012 [Z] http://www.youtube.com/watch?v=gLzmJ-sHb8 tháng 5-2012 96 ... thị tổng T 33 KHẢO SÁT CƠ CẤU PISTON- KHUỶU TRỤC- THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 831D5. 000 3.1 Piston động 831D5. 000 Nhóm piston bao gờm piston, xécmăng, chốt piston vịng hãm chốt piston Trong q... 3D CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 831D5. 000 76 6.1 Thiết kế chi tiết piston – khuỷu trục – truyền động 831D5. 000 76 6.1.1 Thiết kế 3D nhóm trục khuỷu động 831D5. 000. .. 44 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU PISTON- KHUỶU TRỤC- THANH TRÙN ĐỘNG CƠ 831D5. 000 4.1 Tính tốn kiểm nghiệm bền nhóm piston 4.1.1 Tính tốn piston Các kích thước bản piston: - Đường kính piston,