GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới phát triển mạnh mẽ, nền kinh tế Việt Nam cũng đang từng bước công nghiệp hóa và hiện đại hóa Ngành động lực, đặc biệt là sản xuất ô tô, đã có những bước tiến đáng kể, với việc hợp tác cùng nhiều hãng ô tô nổi tiếng như Honda và Toyota Đặc biệt, Việt Nam đã xây dựng được thương hiệu ô tô riêng, VinFast Để nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ sư cần chủ động nghiên cứu, đo đạc và thiết kế, từ đó góp phần phát triển ngành sản xuất ô tô và nâng tầm thương hiệu Việt Nam trên thị trường quốc tế.
Hình 1 1: Hình ảnh xe VinFast LUX 2.0 2002
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Sau khi hoàn thành các môn học về thiết kế cơ khí trong lĩnh vực công nghệ ô tô, nhóm chúng em đã áp dụng kiến thức đã học vào đồ án được giao bởi viện kỹ thuật.
Áp dụng đo lường cơ khí đo các chi tiết trên ô tô.
Nghiên cứu tìm hiểu rõ về phần mềm solidwork và ứng dụng bản mô phỏng.
Mang đến kiến thức nền tảng của các chi tiết nói riêng và trên ô tô nói chung.
Thiết kế và mô phỏng các chi tiết trên ô tô.
NỘI DUNG NHIỆM VỤ VÀ ĐỀ TÀI
Nghiên cứu kết cấu và công dụng của các chi tiết piston, thanh truyền nói chung và động cơ đốt trong nói riêng.
Nghiên cứu và áp dụng phần mềm solidwork vào thực tế, trình bày các bản vẽ chi tiết.
Đưa ra các hướng phát triển giúp hoàn thiện tốt hơn.
Hình 1 2: Hình ảnh piston, thanh truyền
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Áp dụng các kiến thức đã được học trên trường, lớp vào thực tiễn.
Tìm kiếm thông tin từ các tài liệu, trang web, sách báo chính thống và đáng tin cậy trong cộng đồng ô tô uy tín để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của nội dung.
KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đồ án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của piston, thanh truyền
Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng
Chương 4: Kết luận và phương hướng phát triển
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PISTON ,THANH TRUYỀN
2.1 NHIỆM VỤ YÊU CẦU PISTON, THANH TRUYỀN
Piston là một bộ phận quan trọng trong động cơ, máy bơm piston và máy nén khí Trong động cơ đốt trong, piston kết hợp với xylanh và nắp máy để tạo thành buồng đốt Nó nhận áp suất từ sự giãn nở của khí cháy, truyền lực cho trục khuỷu để sinh công trong quá trình nổ, đồng thời nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình nạp, nén và thải trong động cơ 4 kỳ Đối với động cơ 2 kỳ, piston còn đóng vai trò như van để điều khiển quá trình nạp và xả khí.
Thanh truyền dùng để piston với trục khuỷu, nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh triển của piston thảnh chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại.
Hình 2 2: Hình ảnh thanh truyền
Piston là bộ phận chịu nhiều điều kiện làm việc khắc nghiệt trong động cơ Khi động cơ hoạt động, piston ma sát với thành xy lanh dưới tác dụng của lực pháp tuyến và phải chịu áp lực từ quá trình cháy cùng với lực quán tính trong quá trình chuyển động qua lại Áp lực khí và lực quán tính luôn thay đổi về cường độ và chiều, tạo ra tải trọng va đập trên piston Bên cạnh đó, piston còn phải đối mặt với nhiệt độ rất cao từ quá trình cháy, dẫn đến nguy cơ bị ăn mòn hóa học.
Để đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu, vật liệu và cấu tạo của piston cần đạt tiêu chuẩn về độ bền, khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn hóa học Trọng lượng của piston nên được tối ưu hóa để giảm lực quán tính và hạn chế sự thay đổi kích thước khi nhiệt độ tăng Hiện nay, piston thường được chế tạo từ hợp kim nhẹ, chủ yếu là hợp kim nhôm và hợp kim manhe, nhờ vào ưu điểm về trọng lượng nhẹ, khả năng dẫn nhiệt tốt và giảm hao phí do ma sát Tuy nhiên, hợp kim nhẹ cũng có nhược điểm là độ chịu mài mòn kém và hệ số giãn nở nhiệt cao so với gang và thép.
Thanh truyền là một bộ phận quan trọng trong động cơ, chịu áp lực từ các chất và lực quán tính trong quá trình hoạt động Để đảm bảo hiệu suất và độ bền, vật liệu chế tạo thanh truyền cần phải có độ bền, cứng và trọng lượng nhẹ Thông thường, thanh truyền được sản xuất từ thép carbon chất lượng cao hoặc thép hợp kim.
2.2 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA
2.2.1 Cấu tạo và phân loại
Piston có hình dạng hình trụ tròn, rỗng bên trong thân và kín phần đỉnh Piston được chia làm 3 phần đỉnh, đầu và thân.
Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng piston
Đỉnh piston có các dạng: đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm và định dạng đặc biệt Đỉnh piston nhận áp suất khỉ đổi vả phải chịu nhiệt cao.
Hình 2 4: Các dạng đỉnh piston
Đỉnh phẳng dùng cho động cơ xăng 4 kỳ, đinh lõm thường dùng cho động cơ điêzel
Đỉnh lõm phần lõm của đỉnh tạo nên sự xoáy lốc trong buồng đốt của xilanh, giúp cho hỗn hợp được hoà trộn tốt hơn
Đỉnh lồi thường dùng cho động cơ hai kỳ Trên đỉnh có thể có chỗ khoét lõm để tránh chạm vào xupáp.
Đầu piston được thiết kế với các rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Đặc biệt, đáy rãnh lắp xéc măng dầu có các lỗ nhỏ được khoan để cung cấp và thoát dầu hiệu quả.
Rảnh vòng găng hơi trên cùng của động cơ là rãnh chịu áp suất và nhiệt độ cao nhất khi cháy, nên cần được đặt cách đinh piston một khoảng nhất định Đối với động cơ hai kỳ, rãnh vòng găng có chốt định vị miệng vòng găng để ngăn chặn việc xoay miệng vòng găng.
Phần đầu piston thường làm nhỏ hơn thân tạo thành độ côn để có thể giãn nở vị chịu nhiệt độ cao
Thân piston đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng cho piston di chuyển trong xylanh và kết nối với thanh truyền lực để quay trục khuỷu Ngoài ra, trên thân piston còn có lỗ ngang để lắp chốt liên kết giữa piston và thanh truyền lực.
Thân piston có vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn chuyển động của piston trong xylanh và kết nối với thanh truyền lực để quay trục khủyu Trên thân piston được thiết kế với lỗ ngang nhằm tạo điều kiện cho việc gắn chốt liên kết giữa piston và thanh truyền.
Phần trên của thân có lỗ để lắp chốt, với hai bên lỗ có rãnh vòng nhằm lắp vòng hãm chốt Việc bỏ bớt lượng kim loại tại lỗ lắp chốt giúp tăng khả năng giãn nở, do đó piston có hình dạng trụ tròn.
Hầu hết các động cơ có công suất trung bình và cao đều sử dụng piston có thiết kế xẻ rãnh trên thân Đuôi piston thường được cắt vát nhằm giảm trọng lượng và hạn chế va chạm với trục khuỷu trong quá trình chuyển động.
Thân piston có hình dạng hơi ôvan, với trục nhỏ trùng với đường tâm lỗ trục Khi động cơ hoạt động, phần đầu piston tiếp xúc với nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng giãn nở nhiều hơn.
Thân piston của động cơ diesel thường được thiết kế với một số găng dầu dưới vảy, và phần cuối piston có cạnh gạt đầu và gờ để tăng cường độ cứng vững cho piston.
Thanh truyền gồm 3 phần: Đầu nhỏ nhanh truyền, thân thanh truyền, đầu to thanh truyền.
Hình 2 6: Chi tiết thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền có hình dạng trụ rỗng, được thiết kế để lắp với chốt piston bên trong có bạc lót Phía trên đầu nhỏ có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, giúp đảm bảo hoạt động trơn tru Cấu tạo của đầu nhỏ thanh truyền còn phụ thuộc vào phương pháp lắp ghép với chốt piston, với lỗ lắp chốt được thiết kế chính xác để tối ưu hóa hiệu suất.
Nếu lắp chốt pít-tông cố định, thì đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp bu lông hãm chặt với chốt.
Nếu lắp tự do, thì đầu nhỏ thanh truyền bao giờ cũng có bạc lót (hình a).
Một số động cơ người ta làm vấu lồi trên đầu nhỏ (hình b) để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồng đều giữa các xi-lanh.
Để bôi trơn bạc lót và chốt pít-tông trong các cơ cấu đầu nhỏ thanh truyền, có thể sử dụng rãnh hứng dầu hoặc phương pháp bôi trơn cưỡng bức từ đầu trục khuỷu Trong động cơ hai kỳ, do điều kiện bôi trơn khó khăn, thường áp dụng các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ hoặc thay thế bạc lót bằng ổ bi kim.
Đầu to của thanh truyền được kết nối với trục khuỷu, bao gồm hai phần: nửa trên gắn liền với thanh truyền và nửa dưới, gọi là nắp đầu to hay nắp biên, được chế tạo rời và lắp ghép với nửa trên bằng các bu lông.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
3.1.1 Đo các thông số kĩ thuật
Hình 3 1: Các kí hiệu của Piston
Kí hiệu : D - Đường kính piston
H – Chiều cao piston hi - Khoảng cách từ tâm chốt đến đỉnh piston hc - Khoảng cách từ đáy piston đến xéc măng dầu
Bảng 3.1 Thông số đo piston
Lần D H hi hc hlc T Đơn vị
Hình 3 2: Các kí hiệu của thanh truyền
Hn: Chiều dài thanh truyền ht- Khoảng cách giữa tâm lỗ to với tâm lỗ nhỏ thanh truyền
Chiều dày thanh truyền (Tn) và các thông số liên quan như đường kính lỗ to (dlt), đường kính lỗ nhỏ (dln), đường kính đầu nhỏ (ddn) và đường kính đầu to (ddt) đều là những yếu tố quan trọng trong thiết kế và chế tạo thanh truyền Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của thanh truyền trong các ứng dụng cơ khí Việc nắm rõ các kích thước này giúp cải thiện quy trình sản xuất và tối ưu hóa hoạt động của các thiết bị cơ khí.
Lần hH hi dln dlt ddn ddc Tn đơn vị
3.1.2 Tính toán dung sai kích thước của các chi tiết.
Sai lệch giới hạn trên (ES) là sự khác biệt giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa, được tính toán theo một công thức cụ thể.
Sai lệch giới hạn dưới là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa, được ký hiệu là EI Công thức tính sai lệch này giúp xác định độ chính xác trong các quy trình sản xuất.
Dung sai là phạm vi cho phép của sai số, được xác định bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước giới hạn nhỏ nhất Ngoài ra, dung sai cũng có thể được tính bằng hiệu đại số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới.
Dung sai lắp ghép của chi tiết piston
- Sai lệch giới hạn trên :
- Sai lệch giới hạn dưới :
- Dung sai lắp ghép của chi tiết thanh truyền
+ Sai lệch giới hạn trên :
+ Sai lệch giới hạn dưới :
3.1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ THIẾT KẾ
Phương pháp đo trực tiếp là việc áp dụng kiến thức từ môn ‘đo lường cơ khí và dung sai lắp ghép’ để thực hiện các phép đo và tính toán chính xác.
Nhóm nghiên cứu chủ yếu sử dụng phương pháp tìm kiếm và khai thác thông tin từ internet, các bài báo, và các cộng đồng ô tô uy tín để thu thập tài liệu.
Kết quả tính toán của piston
D H hi hc dlc T Đơn vị
Kết quả tính toán của thanh truyền
Hn ht dln dlt ddn ddt Tn đơn vị
Kết quả mô phỏng piston
Hình 3 3 : Hình chiếu đứng của piston
Hình 3 4: Hình ảnh chi tiết
Hình 3 5: Rãnh xéc măng piston
Hình 3 6: Mặt cắt hình chiếu đứng của piston
Hình 3 7: Mặt cắt hình chiếu bằng của piston
Hình 3 8: Hình ảnh 3D của Piston
Kết quả mô phỏng thah truyền
Hình 3 9: HÌnh chiếu đứng của piston
Hình 3 10: HÌnh chiếu cạnh của thanh truyền
Hình 3 11: Hình chiếu bằng của thanh truyền
Hình 3 12: Hình ảnh 3D của thanh truyền
Hình 3 13: Hình ảnh 3D của thanh truyền
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án nhóm em đưa ra kết luận như sau:
- Nhóm đã hoàn thành đề tài do viện giao cho.
- Áp dụng kiến thức đã cho để đo đạc và tính toán và đọc hiểu các chi tiết đã thể hiện trong bản vẽ.
- Áp dụng phần mềm solidworks để mổ phỏng 2D, 3D các chi tiết piston, thanh truyền và bồi dưỡng được them những kĩ năng làm phần mềm.
- Hoàn thành bản báo cáo bằng phần mềm như yêu cầu.
- Tìm hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã thu thập được những kiến thức quý giá về piston và thanh truyền, cũng như hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của động cơ đốt trong.
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
- Khắc phục về các thiếu sót về kiến thức, kĩ năng để hoàn thiện tốt hơn.
- Tìm hiểu, nghiên cứu và tự thiết kế hoàn chỉnh những chi tiết.
- Thử nghiệm và chỉnh sửa hoàn chỉnh để có thể đưa vào hoạt động một cách trơn tru nhất có thể.
- Đưa vào sản xuất và sử dụng các chi tiết.
