Thiết kế thanh truyền (bản vẽ + thuyết minh)

TRNG HSPKT HNG YấN KHOA C KH NG LC N MễN HC Phần I: Khái quát chung về nhóm thanh truyền 1.1. Nhiệm vụ Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ truyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc trong quá trình nạp, nén, xả. Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. 1.2. Điều kiện làm việc + Thanh truyền chịu lực khí thể trong xi lanh + lực quán tính của nhóm piston + lực quán tính của bản thân thanh truyền Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập. Di tỏc dng ca cỏc lc ú trong quá trình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọc và khi đổi chiều chuyển động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang. Khi ng c lm vic, cỏc lc trờn thay i theo chu k vỡ vy ti trng tỏc dng lờn thanh truyn l ti trng ng. 1.3. Vật liệu chế tạo Thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim với phơng pháp rèn khuôn. Các loại vật liệu nặng cơ tính tốt, sức bền mỏi cao, đảm bảo yêu cầu làm việc. 1.4. Kết cấu Thanh truyền 1: Bạc đầu nhỏ 2: Đầu nhỏ thanh truyền 3: Thân thanh truyền 4: Bulông bắt nắp đầu to 5: Nửa trên thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh truyền 7: Nửa dới thanh truyền Hình 1.1 : Kết cấu của thanh truyền SVTH : PHM DUY NGHA 1 LP : LK8LC1 2 - Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần: + Đầu nhỏ thanh truyền : u l p ghộp v i ch t piston + Đầu to thanh truyền : u l p ghộp v i ch t khu u + Thân thanh truyền : n i u nh v u to + Bu lông thanh truyền. + Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền. Sau đây ta xét từng bộ phận cụ thể : a. Đầu nhỏ Là bộ phận để lắp chốt píton. Khi chốt lắp tự do nó có cấu tạo hình trụ rỗng đôi khi có dạng hình ôvan để tăng độ cứng vững. Trên động cơ xăng đầu nhỏ thờng làm mỏng. Khi lắp chốt tự do phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ. Thông thờng dầu bôi trơn đợc đa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đờng dẫn dầu đợc khoan dọc trong thân thanh truyền. Trong động cơ ôtô máy kéo chốt piston đợc bôi trơn theo kiểu vung té. Do đó đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu hoặc rãnh hứng dầu. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép. Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền Hình 1.2 : Các loại đầu nhỏ thanh truyền SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 3 Trong các hình trên (1.2a,b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtô hiện nay vì khả năng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc lót, hoạt động đồng đều, bạc lót thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hơp kim chịu mòn. b. Thân thanh truyền Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền. Khoảng cách giữa hai tâm đầu nhỏ và đầu to gọi là chiều dài ảo của thanh truyền l phụ thuộc vào thông số kết cấu = R/l. Đại đa số các động cơ ngày nay có = 0,24 ữ 0,30. Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền th- ờng chọn trong khoảng sau đây d 1 /d 2 = 1,2 ữ 1,3. Hình 1.3. Các loại tiết diện thân thanh truyền + Hình 1.3a thân có tiết diện tròn , + Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I, + Hình1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, +Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip, Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I. Tuy nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu. Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, đ- ờng kính lỗ dẫn dầu nằm trong khoảng 4 ữ 8 mm. Đôi khi để tăng độ cứng vững và để khoan lỗ dẫn dầu, ngời ta làm gân dọc suốt chiều dài thanh truyền. Khi không khoan đợc lỗ dẫn dầu ngời ta gắn ống dẫn dầu phía ngoài thân. Kích thớc thân thanh truyền thờng thay SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 4 đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền, còn chiều dài của thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thanh truyền. c. Đầu to thanh truyền Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng. + Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời cho phép giảm kích thớc hộp trục khuỷu. + Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn lớn để tăng độ cứng vững. + Dễ dàng lắp ghép cụm piston thanh truyền với trục khuỷu. Đầu to đợc phân làm 2 nửa nửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to. Kích thớc đầu to thanh truyền phụ thuộc vào chốt khuỷu. Do trục khuỷu là một chi tiết chịu tải trọng động lớn lên để tăng độ cứng vững ngời ta thờng dùng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục. Đờng kính chốt lớn kéo theo đầu to thanh truyền lớn, vì vậy cần giảm kích thớc đầu to đảm bảo cho thanh truyền đút qua đợc xilanh khi lắp ghép. SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 5 Hình 1.5. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (Hình 1.5a,b) là phổ biến nhất vì nó tăng đ ợc tiết diện của thanh truyền, tăng đờng kính của trục cơ, dễ tháo lắp. 1.5. Bạc thanh truyền a) Bạc đầu nhỏ Khi lắp chốt piston xoay tơng đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏ có ép vào 1 bạc đồng mỏng dày 14mm để giảm ma sát, chống mòn. Bạc đợc ép vào lỗ rồi doa lại cho chính xác. Bạc lót đầu nhỏ thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hợp kim chịu mòn, chiều dày bạc vào khoảng (0,080 ữ 0,085)d c (d c là đờng kính SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 Hình 1.4. Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền. 1. Vấu lỡi gà định vị 2. Bạc lót 6 chốt piston). Khe hở hớng kính giữa bạc lót đầu nhỏ và chốt piston thờng lấy bằng = (0,0004 ữ 0,0015)d c. b) Bạc đầu to Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu. Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thờng có rãnh dẫn dầu bôi trơn trong bạc và khoan lỗ dẫn dầu. Bạc lót thanh truyền bao gồm bạc thép phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên phía trong của gộp thép. Yên cầu đối với vật liệu chịu mòn : + có tính chống mòn tốt, có hệ số ma sát nhỏ. + có độ cứng thích đáng và độ dẻo cần thiết + ở nhiệt độ cao, sức bền ít giảm + dẫn nhiệt tốt + giữ đợc dầu bôi trơn + chóng rà khít với bề mặt trục + dễ đúc và dễ bám với vỏ thép Ngời ta chia vật liệu chịu mòn ra làm 3 nhóm : + nhóm kim loại : gồm babit, đồng thanh thiếc, đồng thanh chì, hợp kim nhôm, hợp kim kẽm, gang chống mòn. + nhóm phi kim loại : gồm chất dẻo, gỗ ép. + nhóm kim loại gốm : gồm các bột kim loại ép nh : sắt graphit, đồng thanh graphit. Kết cấu bạc lót : tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót tùy theo chiều dày của lớp hợp kim chịu mòn, bạc lót đợc chia làm 2 loại, bạc lót dày và bạc lót mỏng. 1.6 Bu lông thanh truyền a) Chức năng SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 7 Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó có thể ở dạng bu lông hay vít cấy (gujông). b) Điều kiện làm việc Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu khi lắp ghép, lực quán tính của khối lợng vận động tịnh tiến và lực quán tính ly tâm của khối lợng vận động quay. Các lực trên thay đổi theo chu kỳ nên bu lông thanh truyền chịu tải trọng động và sức bền mỏi. c) Vật liệu chế tạo Bu lông thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm, mangan, niken .Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyền có hàm lợng kim loại quí càng nhiều. d) Kết cấu Hình 1.6. Một dạng kết cấu của bu lông và gujông 1.6a bu lông thanh truyền 1.6b vít cấy gujông thanh truyền - Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nối bằng bu lông ( hình 1.6a) và gujông (hình 1.6b) SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 8 Hình dạng và kết cấu của bulông thanh truyền có rất nhiều kiểu, chủ yếu do công dụng của động cơ và các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của bulông. Thiết kế và chế tạo bulông thanh truyền cần phải đảm bảo sao cho nó chỉ chịu lực kéo, tránh các lực cắt và uốn bulông. Muốn vậy phải thực hiện các biện pháp sau đây : + gia công bề mặt tựa + bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sức bền mỏi. + nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren. Phần II: Các thông số tính toán 2.1. Thông số cho trớc ng c: Diesel, khụng tng ỏp ( UAZ ) Kiu ng c: Mt hng Cụng sut ng c: 75 mó lc = 55,2 KW S vũng quay: 4000 vũng/ phỳt Cụng sut tiờu hao nhiờn liu: 280 g/ml.h S k: 04 k ng kớnh xi lanh: 92 mm Hnh trỡnh piston: 92 mm T s nộn: 6,7 S xilanh : 04(1-3-4-2) Chiu di thanh truyn: 172 mm Khi lng nhúm piston: 0,75 kg Khi lng thanh truyn: 1.00 kg p sut khớ th ln nht: 6,3 Mpa 2.2. Các thông số tính toán Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ xăng, 4 xy lanh thẳng hàng. Với đờng kính xi lanh D = 92 (mm) SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 9 Đờng kính chốt piston ( d cp ) d cp = (0,22 ữ 0,3)D; Chọn = 0,25.D d cp = 0,25.92 = 23 (mm) Đờng kính bệ chốt (d b ): d b = (1,3 ữ 1,6)d cp ; Chọn d b = 1,5.d cp d b = 1,5.23 = 35 (mm) Đờng kính lỗ trên chốt (d 0 ): d 0 = (0,6 ữ 0,8) d cp ; Chọn d 0 = 0,7.d cp d 0 = 0,7. 23 = 16 (mm) Chiều dày bạc lót = (0,08-0,085)d cp . Chọn = 0,07. 23 = 1,61 (mm) Chọn = 2 (mm) Khe hở hớng kính bạc lót và chốt piston: =( 0,0004-0,0015).d cp chn = 0,001.d cp = 0,001.23 = 0,023 (mm) Gọi r 1 là bỏn kính trong đầu nhỏ thanh truyền: r 1 =d cp /2++= 23/2 + 2 + 0,023 = 13,5 (mm) Chọn r 1 = 15 (mm) Gọi r 2 là bỏn kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền: r 2 = 1,2.r 1 = 1,2.15 = 18 (mm) Chọn r 2 = 20 (mm) Ta có SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 10 1 2 r r d 2 d 1 = 1,3 < 1,5. đầu nhỏ là loại đầu mỏng Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền : l d1 = (0,28-0,32)D Chọn l d1 = 0,3.92 = 28 (mm) Đờng kính chốt khuỷu : d ck = (0,56-0,75)D Chọn d ck = 0,6.D d ck = 0,6.92 = 55 (mm) Đờng kính trong đầu to thanh truyền : D 1 = d ck +2.( ' 1 + ' 2 + ) 3 Với: ' 1 : Chiều dày vỏ thép bạc lót : ' 1 = (0,03 ữ 0,05)d ck Chọn: ' 1 = 0,04.d ck ' 1 = 0,04.55 = 2,2 (mm) ' 2 : Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu; ' 2 =(0,045 ữ 0,015) d ck Chọn: ' 2 =0,02.d ck ' 2 =0,02.55 = 1,1 (mm) ' 3 : Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn; ' 3 = (0,2 ữ 0,7) (mm) SVTH : PHM DUY NGHA LP : LK8LC1 . 1.4. Kết cấu Thanh truyền 1: Bạc đầu nhỏ 2: Đầu nhỏ thanh truyền 3: Thân thanh truyền 4: Bulông bắt nắp đầu to 5: Nửa trên thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh. to thanh truyền 7: Nửa dới thanh truyền Hình 1.1 : Kết cấu của thanh truyền SVTH : PHM DUY NGHA 1 LP : LK8LC1 2 - Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành