1. Đồ thị côn g:
3.1.2 Phân tích và lựa chọn kết cấu nhóm piston:
Từ hình 3.1, ta thấy kết cấu Piston động cơ MAK M43C có 3 phần : Phần đỉnh, phần đầu và phần thân piston.
- Đỉnh piston: Đỉnh piston động cơ MAK M43C là loại đỉnh được đúc bằng, kết cấu đơn giản chịu nhiệt tốt
- Phần đầu piston : Có xẻ 3 rãnh để lắp đặt xéc m ng. Gồm 2 xéc m ng khí phía trên và 1 xéc m ng dầu phía dưới cùng. Nhiệm vụ của các xéc m ng khí phía trên là bao kín buồng cháy và của xéc m ng dầu phía dưới là ng n không cho dầu bôi trơn sục vào buồng cháy của động cơ đồng thời tạo ra một lớp màng dầu mỏng để bôi trơn thành xy lanh.
- Phần thân piston : Nhìn từ hình cắt dọc của động cơ ta cũng thấy phần thân piston khá dài đảm bảo dẫn hướng tốt. Trên thân piston có chế tạo lỗ và bệ để lắp chốt piston.
+ Chốt piston:
Chốt pittông có kết cấu là hình trụ rỗng nhằm giảm trọng lượng
Chốt pittông được lắp theo phương pháp lắp tự do, tức là không cố định trên bệ chốt mà cũng không cố định trên đầu nhỏ thanh truyền. Trong quá trình làm việc chốt pittông có thể xoay tự do quanh đường tâm chốt. Ở hai đầu chốt có hai vòng khoá hãm hạn chế khả n ng chốt di chuyển dọc trục ở bên trong pittông.
a. Điều kiện làm việc:
Chốt piston là một chi tiết máy nối piston với thanh truyền, truyền lực tác dụng của khí thể tác dụng trên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu.
Trong quá trình làm việc, chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn. Các lực này đều thay đổi theo chu kỳ đồng thời có tính chất va đập mạnh. Ngoài ra, nhiệt độ làm việc của chốt piston tương đối cao ( > 373 K) mà chốt piston lại khó chuyển động xoay tròn trong bệ chốt nên rất khó bôi trơn. Ma sát dưới dạng n a ướt, chốt piston dễ bị mòn.
SVTH:Lưu Trường Giang -11KTTT MSSV:103110240
Trang 45 b. Vật liệu chế tạo chốt piston:
Do điều kiện làm việc như vậy, chốt piston được chế tạo bằng vật liệu tốt, đảm bảo sức bền, độ cứng v ng. Chốt piston được nhiệt luyện bằng phương pháp tôi để bề mặt làm việc có độ cứng cao, chống mòn tốt, nhưng ruột chốt vẫn dẻo để chống mỏi tốt. Mặt chốt được mài bóng để tránh ứng suất tập trung, khe hở lắp ghép chốt piston với thanh truyền và piston phải nhỏ. Nếu không chốt sẽ chịu va đập lớn, dễ bị hư hỏng.
Khi chốt bị gãy trong quá trình làm việc, động cơ sẽ bị hư hỏng rất nặng: Vỡ thân máy, gãy cong trục khuỷu, cong thanh truyền...
Do đặc điểm làm việc như trên nên yêu cầu vật liệu chế tạo chốt piston phải có sức bền cao, chịu được mài mòn tốt và có độ dẻo lớn. Do đó thường sử dụng các loại vật liệu: Thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon thấp. Động cơ MAK M43C chọn thép hợp kim 12CrNi3A (thành phần: ,12%C, khoảng 1%Cr, 3%Ni, thuộc loại thép hợp kim tốt). Thép được thấm than với độ sâu ( ,5 ÷ 2) [mm] rồi tôi đạt độ cứng bề mặt HRC = 56÷62, độ cứng phần ruột cũng đạt HRC = 26÷3 .
c. Kết cấu và kiểu lắp ghép chốt piston:
Kết cấu chốt piston rất đơn giản, đều là hình trụ rỗng để giảm bớt khối lượng, t ng mômen chống uốn và mômen chống xoắn. Các chốt chỉ khác nhau ở bề mặt bên trong chốt. Bề mặt trong của chốt có thể là hình trụ hoặc côn với chiều dày chốt t ng dần từ hai đầu vào gi a. Trong động cơ MAK M43C, sử dụng chốt piston có mặt bên trong là hình trụ để dễ gia công.
Lắp ghép chốt piston động cơ MAK M43C theo kiểu lắp tự do:
- Do chốt xoay tự do quanh đường tâm của nó nên mòn đều, mặt chịu lực luôn thay đổi nên chốt ít bị mỏi.
- Nếu khi có bụi bẩn chui vào làm kẹt chốt với bệ chốt hay đầu nhỏ thanh truyền thì chốt vẫn có khả n ng làm việc.
+ Xecm ng:
Xecm ng làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt xuống Cacte và ng n dầu bôi trơn sục vào buồng cháy.Khi làm việc xecm ng trượt trên gương xy lanh với tốc độ trượt rất cao, áp suất lớn nhưng thiếu dầu bôi trơn nên ma sát hầu như là ma sát n a khô. Các tạp chất của quá trình cháy, tạp chất do dầu nhờn và do mạt kim loại sinh ra trong quá trình ma sát nên càng làm cho xecm ng chống bị mòn.
SVTH:Lưu Trường Giang -11KTTT MSSV:103110240
Trang 46
Trên piston của động cơ có lắp hai loại xécm ng: xécm ng khí và xécm ng dầu. Xécm ng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ng n không cho khí cháy lọt xuống cacte. Xécm ng dầu có nhiệm vụ ng n dầu nhưng sục lên buồng cháy, gạt tạo màng dầu mỏng trên gương xylanh để bôi trơn.
Xécm ng làm việc trong điều kiện xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suất va đập lớn, ma sát mài mòn nhiều và chịu n mòn hóa học của khí cháy, dầu nhờn.
Chịu nhiệt độ cao: Khi làm việc, xécm ng tiếp xúc trực tiếp với khí cháy, cộng thêm nhiệt lượng truyền từ piston qua và nhiệt sinh ra do ma sát gi a nó với xylanh nên nhiệt độ của xécm ng rất cao nhất là xécm ng khí thứ nhất, khoảng (623 K÷673 K), nhiệt độ trung bình của các xécm ng khí khác khoảng (4730K÷5230K). Nhiệt độ của xécm ng dầu cũng vào khoảng (3730K÷4230K).
Nếu xécm ng khí bị hở, không khít với xylanh thì khí cháy thổi qua chỗ bị hở làm cho nhiệt độ cục bộ vùng này t ng lên rất cao, có thể làm cháy xécm ng và piston. Do nhiệt độ cao nên làm giảm độ bền vì vậy xécm ng dễ bị mất độ đàn hồi, làm hạn chế khả n ng gạt dầu nhờn về cacte nên dầu nhờn dễ bị cháy thành keo bám trên xécm ng và gương xylanh, làm xấu thêm điều kiện làm việc, thậm chí làm bó xécm ng.
Chịu lực va đập lớn: Khi làm việc, dưới tác dụng của lực khí thể và lực quán tính có trị số rất lớn, luôn thay đổi về trị số và chiều tác dụng nên xécm ng bị va đập mạnh trong rãnh xécm ng, có thể dẫn đến khả n ng hỏng xécm ng và rãnh xécm ng.
Chịu mài mòn và bị n mòn: Khi làm việc, xécm ng chịu ma sát lớn và mài mòn nhiều là do áp suất tiếp xúc của xécm ng tác dụng lên gương xylanh lớn, tốc độ trượt lớn mà bôi trơn lại rất kém.
Ngoài ra, xécm ng còn bị n mòn, mài mòn bởi các tạp chất sinh ra trong quá trình cháy hoặc có lẫn trong khí nạp và trong dầu nhờn.
* Vật liệu chế tạo xécm ng:
Do điều kiện làm việc của xécm ng như trên nên vật liệu chế tạo xécm ng cần phải có các tính n ng cơ l tính sau đây:
• Có tính chịu mòn tốt ở điều kiện ma sát tới hạn. • Có hệ số ma sát nhỏ đối với gương xylanh.
• Có sức bền, có độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao. • Có khả n ng rà khít với gương xylanh một cách nhanh chóng.
SVTH:Lưu Trường Giang -11KTTT MSSV:103110240
Trang 47
Vật liệu gang xám hợp kim được dùng phổ biến nhất để chế tạo xécm ng vì nó có nh ng tính chất thõa mãn phần lớn các yêu cầu đặt ra. Trong trường hợp thiết kế
xécm ng cho động cơ MAK M43C , ta chọn vật liệu gang xám hợp kim vì nó có nhiều ưu điểm mà bản thân các loại vật liệu khác không có được như:
• Nếu mặt ma sát bị cào xước, trong quá trình làm việc vết xước mất dần, mặt ma sát được khôi phục như cũ.
• Graphit trong hợp kim ngang có khả n ng bôi trơn mặt ma sát do đó làm giảm hệ số ma sát.
• Ít nhạy cảm với ứng suất tập trung sinh ra ở các vùng có vết xước. * Phân tích kết cấu xécm ng:
Xécm ng có kết cấu rất đơn giản . Nó có dạng vòng thép hở miệng. Đường kính D của xécm ng là đường kính ngoài của xécm ng ở trạng thái lắp ghép trong xylanh. Mặt 1 là mặt đáy, mặt 2 là mặt lưng và mặt 3 là mặt bụng, chiều dày của xécm ng là khoảng cách gi a hai mặt đáy.
SVTH:Lưu Trường Giang -11KTTT MSSV:103110240
Trang 48
+Ống lót xylanh
Hình 3.6 : Kết cấu xylanh động cơ MAK M43C
Xy lanh của động cơ MAK M43C được chế tạo riêng sau đó lắp vào thân máy bằng phương pháp ép lót xy lanh. (như hình 3.6)Sau khi ép có chừa gờ xy lanh, cao hơn mặt của thân máy để khi lắp ghép với đệm nắp máy sẽ kín khít hơn. Đây là lót xy lanh ướt, xung quanh thân xy lanh có các rãnh được đúc chừa sẵn để tạo với xy lanh thành áo dẫn đường nước làm mát.
Kết cấu này có hiệu quả làm mát tốt, tuy nhiên việc lắp ghép lót xy lanh vào thân máy cần phải đảm bảo độ chính xác cao cũng như yêu cầu về vấn đề làm kín xy lanh để tránh trường hợp lọt nước làm mát vào bên trong xy lanh xuống cacte dầu. Đây cũng là nhượt điểm so với loại xy lanh được đúc sẳn trong thân máy.