3.5.1. Thiết kế piston
Piston được thiết kế cho động cơ này là loại piston tiếp nhận lực giãn nở từ môi chất công tác là hơi nước để biến thành chuyển động tịnh tiến trong xilanh. Khác với piston trong động cơ diesel, không phải chịu áp lực và nhiệt độ cao trong buồng công tác của xilanh.
- Cơ sở chọn phương án thiết kế
Piston ở động cơ piston hơi nước hoạt động trong điều kiện khác với piston ở động cơ đốt trong. Điều kiện làm việc thì không khắc nghiệt như ở động cơ đốt trong nên yêu cầu về vật liệu chế tạo cho piston không cần phải cân nhắc nhiều
- Yêu cầu sản phẩm
Sản phẩm sau khi chế tạo phải đảm bảo về mặt kích thước, tính thẩm mĩ, độ bóng phù hợp, và hình dáng phải phù hợp
- Hình dáng piston
Vì piston động cơ piston hơi nước hoạt động khác với piston của động cơ đốt trong. Hình dáng của piston động cơ đốt trong có rất nhiều dạng và rất phong phú về chủng loại như đỉnh bằng, đỉnh lồi và đỉnh lõm...để phù hợp với chất lượng quá trình cháy và tạo hiệu suất cao cho động cơ. Nhưng ở động cơ piston hơi nước thì khác chúng hoạt động nhờ áp lực của hơi nước, nên đỉnh bằng được chọn là phù hợp.
- Chiều cao của piston
Đối với động cơ đốt trong chiều cao của piston ảnh hưởng đến tốc độ của động cơ như động cơ thấp tốc thì chiều cao của piston lớn, còn động cơ cao tốc thì chiều cao của piston ngắn. Ngoài ra chiều cao của piston cũng ảnh hưởng tới sự kín khít của buồng cháy. Nhưng đối với động cơ piston hơi nước thì chiều cao của piston càng ngắn càng tốt (Với mục đích là giảm ma sát trong khi chuyển động). Vì vậy chiều cao mà chúng ta tính toán và lựa chọn là h =14.5mm.
- Số rãnh cao su làm kín
Ở động cơ đốt trong thì xecmang đóng vai trò làm kín khít và ngăn không cho khí cháy lọt từ buồng cháy xuống cacte. Mặt khác xecmang phải làm việc ở nhiệt độ cao nên được cấu tạo là từ kim loại. Số rãnh xecmang cũng từ 3, 4, 5, số rãnh tùy thuộc vào từng loại động cơ. Nhưng đối với động cơ piston hơi nước thì chúng ta không sử dụng xecmang mà thay vào đó là vòng cao su làm kín, và số rãnh cao su làm kín nên hạn chế là 2 vì mục đích giảm ma sát khi chuyển động. Chiều cao mỗi rãnh là h1=2.5 mm và độ sâu là
1
- Đặc điểm của chi tiết piston được thiết kế, chế tạo
Đây là cặp lắp ghép piston-xilanh nên yêu cầu của cặp lắp ghép này là cặp lắp ghép theo hệ lỗ. Kích thước về đường kích piston phải theo kích thước đường kính trong xilanh. Đường kính xilanh là 50 mm nên ta phải tra bảng để biết được khe hở lắp ghép cho phép là bao nhiêu. Ở cặp lắp ghép này, việc làm kín không phải bằng xéc măng mà là làm kín bằng siêu cao su. Do đó ngoài việc tính toán kích thước chế tạo piston theo xi lanh ta cần phải tính toán tới kích thước siêu làm kín tiêu chuẩn này. Mục đích của việc xét ảnh hưởng của các chi tiết liên quan đến cặp lắp ghép này là để tính toán và đưa ra số liệu cần thiết cho việc chế tạo chính xác piston. Như về đường kính, số rãnh lắp siêu làm kín bằng cao su, chiều sâu rãnh cũng như chiều dài piston cần chế tạo.
Sau khi tính toán các số liệu kích thước liên quan ta có được thông số của piston cần chế tạo như sau:
- Đường kính ngoài 49,95 mm, khe hở lắp ghép là 0,025 mm.
- Kích thước siêu làm kín tiêu chuẩn: Đường kính ngoài 50mm, đường kính trong 45mm, từ đây ta có được các kích thước khác của piston.
- Số rãnh lắp siêu làm kín: 2. - Chiều sâu mỗi rãnh 2,5 mm.
- Khoảng cách giữa hai rãnh : 3 mm. - Chiều dài mỗi piston : 15 mm. - Bề dày thành piston : 7,5 mm. - Bề dày mặt đỉnh piston : 5 mm.
3.5.2 Chế tạo piston
- Yêu cầu kĩ thuật khi chế tạo
+ Để đạt được kích thước về đường kính φ49,95, cấp chính xác cần đạt được là 7, nhám bề mặt Ra = 3,2 ta có thể dùng phương pháp là tiện tinh cho gia công tinh lần cuối.
+ Để đảm bảo độ không đồng tâm của lỗ so với mặt ngoài ta sử dụng mặt lỗ làm chuẩn tinh để gia công mặt trụ ngoài.
+ Để đảm bảo độ không vuông góc bề mặt lỗ với mặt đầu ta sử dụng mặt lỗ làm chuẩn tinh gia công mặt đầu.
+ Để đảm bảo độ không song song mặt trên và mặt đáy piston ta sử dụng hệ lỗ và mặt đầu để gia công mặt đầu còn lại.
- Tính công nghệ trong kết cấu
+ Tính công nghệ trong kết cấu là tính chất của sản phẩm nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại là ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp ít nhất, giá thành chế tạo ít nhất trong mọi điều kiện sản xuất nhất định.
+ Chi tiết gia công có kích thước nhỏ, hợp lý, kết cấu thuận tiện cho quá trình gia công, lắp ráp.
+ Chi tiết có tính công nghệ hợp lý nên có thể gia công đạt độ chính xác yêu cầu.
- Quá trình chuẩn bị cho chế tạo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Chọn và mua phôi chế tạo có đường kính và vật liệu phù hợp với chi tiết cần chế tạo.
+ Vật liệu phôi : Thép các bon C45.
+ Dạng phôi: Phương pháp chế tạo phôi có thể dùng phôi rèn hoặc phôi đúc. + Dao tiện : Dùng dao vai φ=450, gắn mảnh thép gió tiết diện chữ nhật 16x25 và dùng dao tiện lỗ, gắn mảnh thép gió tiết diện chữ nhật 10x16.
+ Dụng cụ đo đạc, kiểm tra : Dùng thước cặp điện tử hiệu mitutozo. + Bản vẽ chế tạo chi tiết.
Hình 3.6: Bản vẽ chế tạo piston
- Quy trình công nghệ chế tạo
+ Tiện thô hai mặt đầu của phôi bằng dao tiện ngoài đầu thẳng φ=450, gắn mảnh thép gió P18, tiết diện chữ nhật 16x25.
• Chiều sâu cắt t = 0,6 mm.
• Lượng chạy dao Sm= 1,25 (mm/vg).
• Vận tốc cắt tính toán Vt = 54 (m/ph).
• Số vòng quay trục chính n = 240 (vg/ph).
• Vận tốc cắt thực tế Vtt = 65 (m/ph).
• Công suất cắt gọt N = 10 (KW).
• Thời gian gia công thô 15 (s)
+ Tiện thô mặt trụ ngoài : Dùng dao tiện vai φ=450, gắn mảnh thép gió tiết diện chữ nhật 16x25.
• Chiều sâu cắt t = 0,6 mm.
• Vận tốc cắt tính toán Vt = 44 (m/ph).
• Lượng chạy dao Sm= 1,25 (mm/vg).
• Số vòng quay trục chính n = 115 (vg/ph).
+ Tiện thô mặt lỗ: Dùng dao tiện lỗ, gắn mảnh thép gió tiết diện chữ nhật 10x16.
• Cũng tính toán để lựa chọn chế độ cắt phù hợp cho nguyên công tiện thô mặt lỗ như các nguyên công trên.
Hình 3.7 : Piston của động cơ
Sau khi thực hiện hoàn thành các nguyên công thô ở trên ta tiến hành thực hiện thao tác các nguyên công tinh để đạt được kích thước chính xác.
+ Tiện tinh hai mặt đầu chi tiết đạt được kích thước về độ nhám và chiều dài chi tiết.
+ Tiện tinh trên bề mặt ngoài của chi tiết trên toàn bộ chiều dài chi tiết đạt cấp chính xác cao nhất và độ chính xác về đường kính ngoài.
+ Tiện thô và đồng thời tiện tinh các rãnh trên piston theo kích thước bản vẽ và yêu cầu kĩ thuật.
Hình 3.8 : Piston của động cơ
+ Cuối cùng sử dụng dụng cụ kiểm tra là thước cặp điện tử mituzo để kiểm tra tất cả các kích thước theo bản vẽ chế tạo và yêu cầu kĩ thuật.
3.6. Thiết kế chế tạo cam lệch 3.6.1 Thiết kế 3.6.1 Thiết kế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xuất phát từ nhược điểm của cơ cấu culit là vận tốc quay không đều, kết cấu lại cồng kềnh và phức tạp khó cho việc chế tạo và lắp ráp
Vì vậy cần một cơ cấu khác có kích thước nhỏ gọn và hình dáng phù hợp nhưng phải cải tiến nhược điểm của cơ cấu culit
- Yêu cầu của sản phẩm
Sản phẩm sau khi chế tạo phải đảm bảo hình dáng của cam phải phù hợp, để kết hợp với tấm phẳng tạo chuyển động quay toàn vòng.
Bề mặt của cam phải đạt được độ bóng thích hợp và góc nghiêng phải phù hợp. Để thiết kế nên chi tiết cam lệch này ta cần chú ý đến hai đặc điểm quan trọng liên quan đến cam lệch đó là hình dạng hình học (biên dạng) và góc lệch của nó.
- Yêu cầu sản phẩm thiết kế
+ Thiết kế biên dạng dựa vào điều kiện làm việc với tấm phẳng đó là bề mặt làm việc phải là tiếp xúc mặt.
+ Góc lệch phải đảm bảo sao cho hành trình piston trong xilanh đúng với hành trình thiết kế.
+ Trọng tâm chi tiết cam phải không nằm ở mặt phẳng chính trung tâm của nó.
Dựa vào những cơ sở đó ta tính toán và cho ra mẫu thiết kế như trên bản vẽ thiết kế sau:
Hình 3.9 : Bản vẽ thiết kế, chế tạo cam lệch.
- Kích thước chi tiết
Các kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao của cam lệch được lựa chọn sao cho phù hợp phụ thuộc vào kích thước tổng thể của động cơ. Với kích thước cơ sở LxBxH là 40x40x75 mm. Với góc lệch được tính toán thiết
kế là nghiêng 250 so với mặt phẳng thẳng đứng. Để có thể tạo mối liên kết các chi tiết tấm phẳng - cam lệch - trục tải lại với nhau thì trên cam lệch ta thiết kế các lỗ để có thể lắp trục liên kết. Kích thước các lỗ được biễu diễn trên bản vẽ thiết kế.
3.6.2. Chế tạo cam lệch - Yêu cầu công nghệ - Yêu cầu công nghệ
+ Bề mặt làm việc phải đạt được độ bóng cao để giảm ma sát trong quá trình làm việc. Để đạt được yêu cầu này ta phải thực hiện hai nguyên công là phay bề mặt và mài lại bề mặt bằng tay.
+ Để đạt được độ vuông góc giữa các bề mặt với nhau ta phải chọn mặt đầu làm chuẩn tinh trong quá trình gia công chế tạo.
+ Lựa chọn máy móc và phương pháp gia công chế tạo sao cho quá trình thao tác dễ dàng, đảm bảo được số nguyên công ít nhất, đạt độ chính xác cao nhất trong miền dung sai cho phép.
- Quá trình chuẩn bị gia công, chế tạo
+ Lựa chọn phôi chế tạo có kích thước phù hợp với chi tiết sản phẩm. + Vật liệu chế tạo: Phôi thép đúc, thép chế tạo CT 45.
+ Máy móc phục vụ quá trình gia công chế tạo: Máy phay, máy khoan cần. + Thiết bị hỗ trợ: Dao phay mặt đầu, mũi khoan, dũa tay, giấy nhám, thước kẹp điện tử…
- Các thao tác gia công, chế tạo
+ Phay mặt đầu các chi tiết theo kích thước trên bản vẽ thiết kế. + Phay bề mặt làm việc với kích thước góc lệch yêu cầu.
+ Khoan các lỗ trên bề mặt cam để tạo thành mối liên kết trên cam. + Thực hiện quá trình gia công tinh lần cuối trên chi tiết: Bao gồm quá trình điều chỉnh các kích thước, mài bóng bề mặt làm việc, điều chỉnh kích thước các lỗ.
Hình 3.10 : Cam của động cơ
3.7. Thiết kế, chế tạo tấm phẳng 3.7.1. Thiết kế 3.7.1. Thiết kế
- Cơ sở thiết kế
Xuất phát từ biên dạng và hình dáng của cam nên để tạo ra chuyển động quay toàn vòng thì yêu cầu đặt ra là chi tiết phải hợp với cam một góc thích hợp.
Vì vậy yêu cầu cần đặt ra là chi tiết cần chế tạo ra phải có bề mặt phẳng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và nhẵn .
- Tính toán, lựa chọn
Tấm phẳng là phần tử tiếp nhận và biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay trên trục tải cùng với chi tiết cam lệch. Nên việc tính toán, lựa chọn kích thước và kết cấu hợp lý sẽ đảm bảo cho việc chế tạo đạt độ chính xác cao.
- Lựa chọn hình dáng
Vì mục đích kết hợp với cam tạo ra góc nghiêng để tạo chuyển động quay toàn vòng nên hình dáng của chi tiết phải phẳng và phải có dạng hình khối
- Lựa chọn kích thước và vật liệu
Cơ sở để tính toán, thiết kế và lựa chọn kích thước, kết cấu và vật liệu chế tạo:
+Yêu cầu về kích thước chiều dài của tấm phải được tính toán sao cho cùng với cam lệch trong quá trình chuyển động phải đảm bảo được hành trình piston như đã thiết kế ban đầu.
+ Kết cấu tấm phẳng phải được thiết kế phù hợp với kết cấu động cơ và phụ thuộc vào quan hệ lắp ghép với các chi tiết khác
+ Do mối quan hệ lắp ghép giữa vòng bi của trục tấm và tấm nên ta phải lựa chọn tấm có bề dày thích hợp để tạo may ơ lắp vòng bi trên tấm. + Chiều rộng tấm được lựa chọn sao cho đảm bảo được rằng trong quá trình chuyển động cam luôn nằm trong mặt phẳng của tấm. Nghĩa là diện tích đủ lớn để chứa phần tử cam.
- Vật liệu làm tấm phẳng phải đảm bảo cứng vững và nhẹ ( mục đích là giảm trọng lượng) nên vật liệu để tạo ra chi tiết là nhôm vì khối lượng riêng của nhôm: 2600-2700 kg/m³
Trên cơ sở phân tích đặc điểm kết cấu và quan hệ kích thước như trên, ta tính toán, lựa chọn và thiết kế tấm phẳng với những đặc điểm như trên bản vẽ thiết kế sau:
Hình 3.11 : Bản vẽ thiết kế tấm phẳng
3.7.2 Gia công, chế tạo tấm phẳng - Yêu cầu công nghệ - Yêu cầu công nghệ
+ Để đạt được độ vuông góc giữa các mặt cạnh ta chọn một mặt đầu làm chuẩn tinh thống nhất để gia công các mặt còn lại.
+ Để đạt được độ đồng tâm của lỗ lắp vòng bi cho trục tấm và vòng bi ta chọn mặt phẳng làm việc làm chuẩn để gia công lỗ.
+ Kích thước lỗ phải đạt được kích thước chính xác để lắp ghép giữa vòng bi và tấm phẳng là mối ghép trung gian. Chọn phương pháp tiện tinh cho gia công lần cuối của lỗ.
- Quá trình chuẩn bị gia công chế tạo
+ Chọn phôi chế tạo: Nhôm tấm. + Xác định dạng sản xuất: Đơn chiếc.
+ Máy móc phục vụ quá trình gia công chế tạo: Máy phay mặt đầu, máy khoan, máy tiện mâm cặp bốn chấu, dụng cụ taro ren.
+ Dụng cụ hỗ trợ quá trình gia công, chế tạo: Dao phay mặt đầu, dao tiện lỗ, mũi khoan, mũi taro, thước kẹp điện tử…
- Quy trình thực hiện
+ Phay mặt cạnh làm chuẩn tinh rồi phay các mặt còn lại trên máy phay giường.
+ Sau khi hoàn thành nguyên công phay ta tiến hành liện lỗ lắp vòng bi cho trục tấm trên máy tiện có trang bị mâm cặp bốn chấu. Bao gồm tiện thô và tiện tinh cho gia công lỗ lần cuối.
+ Khoan lỗ trên mặt cạnh tấm ở hai bên trái, phải của tấm để lắp bulong liên kết giữa piston và tấm phẳng thông qua ổ đỡ cán piston
+ Tiến hành taro ren trong cho lỗ vừa khoan xong với bước ren phù hợp với bước ren của bulong liên kết.
+ Đo đạc, kiểm tra và hoàn thành sản phẩm.
3.8 Động cơ sau khi được chế tạo hoàn chỉnh
Hình 3.13 : Động cơ được lắp ráp hoàn chỉnh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.14 : Thử nghiệm
CHƯƠNG 4
THỬ NGHIỆM, KẾT LUẬN ,KIẾN NGHỊ
4.1 THỬ NGHIỆM
Động cơ sau khi chế tạo xong và được lắp ráp hoàn chỉnh nhưng chưa có điều kiện kiểm nghiệm trong điều kiện tốt nhất. Vì vậy phương án mà chúng tôi lựa chọn chạy thử động cơ và thử công suất là sử dụng phương án mắc tải vào máy phát và chạy 4 bóng đèn 45w. Dụng cụ sử dụng trong quá