BÀI tập lớn TÍNH TOÁN kết cấu ĐỘNG cơ đốt TRONG CHI TIẾT TRỤC KHUỶU TRONG hệ THỐNG PHÁT lực ĐỘNG cơ 1NZ FE TOYOTA VIOS 2007

5

Điều kiện làm việc, yêu cầu và phân loại của từng bộ phận trong hệ thống

Piston đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra buồng cháy cùng với các bộ phận khác như xy-lanh và nắp xy-lanh Nó không chỉ truyền lực từ khí thể đến thanh truyền mà còn nhận lực từ thanh truyền để thực hiện quá trình nén khí hiệu quả.

Tải trọng cơ học lớn với chu kỳ và áp suất có thể lên tới 120 kG/cm², cùng với lực quán tính cao, đặc biệt là trong các động cơ cao tốc.

Piston phải chịu tải trọng nhiệt cao do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy, với nhiệt độ có thể đạt từ 500 đến 800 K Nhiệt độ này gây ra ứng suất nhiệt lớn, dẫn đến tình trạng bó kẹt, nứt, giảm sức bền và có thể gây ra hiện tượng kích nổ.

Ma sát lớn và ăn mòn hóa học là hai vấn đề quan trọng trong các hệ thống cơ khí Ma sát xảy ra do lực ngang, thường gây khó khăn trong việc bôi trơn, đặc biệt trong điều kiện khó khăn Bên cạnh đó, ăn mòn hóa học xuất hiện khi piston tiếp xúc thường xuyên với sản phẩm cháy, dẫn đến giảm tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị.

Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất.

Có độ bền và độ cứng đủ để tránh biến dạng quá lớn và chịu mài mòn.

Đảm bảo buồng cháy được kín để ngăn chặn hiện tượng lọt khí xuống cacte, giúp duy trì hiệu suất tối ưu cho động cơ Tải tài liệu TIEU LUAN MOI qua email skknchat123@gmail.com để cập nhật thông tin mới nhất.

Tản nhiệt tốt để tránh dãn nở nhiệt quá mức khi động cơ đang làm việc, ngoài ra tránh được hư hỏng piston do ứng suất nhiệt.

Theo dạng đỉnh piston, có hai loại chính: đỉnh bằng và đỉnh lõm Đỉnh bằng có diện tích chịu nhiệt nhỏ và kết cấu đơn giản, trong khi đỉnh lõm có khả năng tạo xoáy lốc nhẹ, giúp cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp và đốt cháy, nhưng lại có sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn Đỉnh chứa buồng cháy thường được sử dụng trong động cơ Diesel.

- Là chi tiết nối Piston với thanh truyền.

Nhiệm vụ chính của chốt piston là truyền lực tác dụng của khí thể từ piston xuống thanh truyền Chốt piston thường có cấu tạo rỗng và được lắp lỏng với bệ chốt piston cùng đầu nhỏ của thanh truyền.

Chốt piston hoạt động trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, bao gồm khả năng chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và bôi trơn khó khăn Ngoài ra, chốt piston còn phải đối mặt với ma sát dạng nửa ướt, dẫn đến nguy cơ bị mòn cao.

Chốt piston cần được sản xuất từ vật liệu chất lượng cao để đảm bảo độ bền và cứng vững Bề mặt làm việc của chốt phải được tôi luyện bằng công nghệ đặc biệt nhằm đạt độ cứng tối ưu và khả năng chống mài mòn hiệu quả.

Ruột chốt cần có độ dẻo để tăng cường khả năng chống mỏi Bề mặt chốt nên được mài bóng nhằm giảm thiểu ứng suất tập trung Khi lắp ghép với piston và thanh truyền, khe hở giữa các bộ phận phải được giữ ở mức nhỏ để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Theo kiểu lắp ghép chốt:

 Cố định chốt piston trên bệ chốt piston.

 Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền.

 Chốt piston lắp tự do.

Theo hình dạng: bề mặt bên trong chốt có dạng hình trụ hoặc côn

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Nhiệm vụ chính của xec – măng trong xylanh là đảm bảo piston di động một cách dễ dàng Có hai loại xec – măng: xec – măng khí và xec – măng dầu Xec – măng khí giúp bao kín buồng cháy, ngăn chặn tình trạng lọt khí, trong khi xec – măng dầu có chức năng ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu xâm nhập vào buồng cháy.

Xec – măng phải đáp ứng các điều kiện làm việc khắc nghiệt, bao gồm khả năng chịu tải trọng cơ học lớn do áp lực khí cháy và lực quán tính cao, cùng với chu kỳ và va đập Ngoài ra, xec – măng còn phải chịu nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hóa học và ứng suất lắp ghép ban đầu.

Chịu nhiệt cao: đặc biệt với xec – măng khí tiếp xúc trực tiếp với khí cháy.

Chịu lực va đập: vì khi làm việc lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên xec – măng.

Chịu mài mòn: khi làm việc xec – măng ma sát với các xylanh rất lớn.

- Phân loại: có hai loại xec – măng là xec – măng khí và xec – măng dầu.

Thanh truyền là một chi tiết trung gian quan trọng, với đầu nhỏ kết nối với piston và đầu lớn gắn liền với chốt khuỷu Nhiệm vụ chính của thanh truyền là truyền lực từ piston đến trục khuỷu, đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ.

Thanh truyền hoạt động trong điều kiện làm việc phức tạp, bao gồm chuyển động tịnh tiến của đầu nhỏ cùng với piston, chuyển động lắc của thân thanh truyền, và chuyển động quay của đầu to gắn với trục khuỷu Do đó, thanh truyền phải chịu lực va đập tuần hoàn từ lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston, cũng như từ chính bản thân thanh truyền.

- Yêu cầu: Lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý để thanh truyền chịu được các lực va đập tuần hoàn như trên.

- Phân loại: Theo tiết diện thân thanh truyền.

Tiết diện hình chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất phổ biến từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn.

Tiết diện hình chữ nhật, ô van: có ưu điểm là dễ chế tạo, thường dùng ở động cơ mô – tô, xuồng máy cỡ nhỏ.

Nhiệm vụ của hệ thống là tiếp nhận lực từ piston, tạo ra moment quay để kéo các máy công tác, đồng thời nhận năng lượng từ bánh đà Sau đó, lực này được truyền cho thanh truyền, giúp piston thực hiện quá trình nén và trao đổi khí trong xylanh.

- Điều kiện làm việc: Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston

10

Phân tích động học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu

1 1 Phân tích động học cơ cấu

- Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cụm chi tiết chuyển động chính (piston, thanh truyền, trục khuỷu) làm việc theo nguyên tắc sau:

Nhóm piston chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí cho thanh truyền Thanh truyền là chi tiết trung gian chuyển động phức tạp, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Trục khuỷu là bộ phận quan trọng nhất, có nhiệm vụ quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài để dẫn động các máy công tác khác.

Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ kiểu trục khuỷu cắt đường tâm xylanh.

1.2 Động học của piston (theo phương pháp giải tích)

Khi giả thiết trục khuỷu quay với vận tốc góc ω không đổi, góc quay trục khuỷu α sẽ tỷ lệ thuận với thời gian Tất cả các đại lượng động học đều là các hàm phụ thuộc vào biến số α.

Chuyển vị của piston trong xylanh động cơ tính theo công thức sau:

Với S p : Chuyển vị của piston

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat α : Góc quay trục khuỷu

R: Bán kính quay trục khuỷu λ: Thông số kết cấu α SP1 SP2

- Vi phân phương trình chuyển vị theo thời gian

Vì là tốc độ piston là vận tốc góc trục khuỷu α VP1 VP2 VP=VP1+VP2

Vi phân phương trình tốc độ đối với thời gian, ta có công thức tính gia tốc của piston

Từ công thức (3), cho thấy gia tốc piston là tổng hai hàm điều hòa cấp I và cấp II α JP1 JP2

1.3 Phân tích động lực học cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu 1.3.1 Sơ đồ lực và moment tác động lên cơ cấu

P kt : Lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston.

P j : Lực quán tính (văng) của khối lượng các chi tiết chuyển động thẳng.

P Ʃ : Lực tổng cộng tác dụng lên piston.

N: Lực ngang tác dụng lên vách xylanh, có hướng vuông góc với đường tâm.

P tt : Lực dọc theo đường tâm thanh truyền.

Z: Lực pháp tuyến theo hướng nối từ tâm chốt đến tâm cổ khuỷu.

T: Lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến.

M x : Moment xoắn của trục khuỷu.

M L : Moment lật của động cơ.

Để phân tích lực và moment tác động lên cơ cấu, trước tiên cần xem xét lực tác dụng lên piston, bao gồm lực khí thể trong xylanh (Pkt) và lực quán tính của chuyển động tịnh tiến (Pj).

P 0 ≈ 0,1 (MN/m 2 ): áp suất khí quyển

P kt : Áp suất khí thể trong xylanh, (MN/m 2 )

F p : diện tích tiết diện của piston, (m 2 )

Lực khí thể là đại lượng biến đổi theo góc quay của trục khuỷu, được xác định từ áp suất khí thể pkt trong tính toán nhiệt của động cơ tại chế độ công suất cực đại.

1.3.3 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

- Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

P qt = mxJ m: khối lượng của các chi tiết chuyển động.

J: gia tốc chuyển động của các chi tiết. m: khối lượng của nhóm piston m n = m p + m x + m c m n : khối lượng nhóm piston m p : khối lượng của piston m x : khối lượng của xéc – măng m c : khối lượng của chốt piston

- Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay)

Phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính R là phần khối lượng của chốt khuỷu

Phần khối lượng chuyển động quay với bán kính là phần khối lượng của 2 má khuỷu m m , với là khoảng cách từ trọng tâm má khuỷu đến tâm cổ khuỷu

Để xác định khối lượng má khuỷu m m về tâm chốt khuỷu, ta cần thay thế bằng khối lượng tương đương m mr và áp dụng phương trình cân bằng lực quán tính.

- Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu:

- Khối lượng của thanh truyền:

Hiện nay đối với các loại động cơ ô tô khối lượng quy về đầu nhỏ và đầu to thanh truyền xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

- Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu: m j = m p +m A

Khối lượng chuyển động quay:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat m r = m K + m B

1.3.4 Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến

P jI : Lực quán tính tịnh tiến cấp I

P jII : Lực quán tính tịnh tiến cấp II

P j = P jI + P jII : là các hàm điều hòa với chu kỳ của P jI ứng với 1 vòng quay trục khuỷu và chu kỳ của P jII ứng với ẵ vũng quay trục khuỷu

Lực P j tác động liên tục lên đường tâm của xylanh và thay đổi hướng khi piston di chuyển theo chiều ngược lại Khi piston ở điểm chết trên (ĐCT), P j có giá trị âm và hướng tác động đi lên, tương ứng với chiều ly tâm so với trục khuỷu.

- Khi piston ở ĐCD, P j có dấu dương và chiều quay xuống (hướng vào tâm trục khuỷu)

1.3.5 Lực quán tính (ly tâm) của khối lượng chuyển động quay P K

1.3.6 Hệ lực tác động lên cơ cấu

Lực tác động lên đỉnh piston bao gồm hợp lực khí thể và lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến Vì các lực này tác dụng trên đường tâm xylanh, nên lực tổng hợp có phương tác dụng theo đường tâm xylanh và giá trị bằng tổng đại số của hai lực này.

- Lực P Ʃ được phân thành lực tác dụng dọc tâm thanh truyền P tt và lực ngang N ép lên thành xylanh, các lực này xác định bằng công thức sau:

- Lực P tt sau khi dời xuống tâm chốt khuỷu lại được phân thành hai thành phần lực: lực tiếp tuyến

T, sinh ra moment quay và lực pháp tuyến Z, gây uốn trục khuỷu Chúng được tính bằng quan hệ sau

Sau khi tính toán các giá trị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực ngang N theo góc quay trục khuỷu, chúng ta thu được các đồ thị biểu diễn lực tác động lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền Các thông số bao gồm góc quay α, β, lực Pj (MN), Pkt, P tổng, và mô men Mq (MN.mm).

Chọn các thông số cho tính toán nhiệt

2 1 Áp suất không khí nạp (p o )

- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p o = 0,1013 (MN/m 2 )

2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T o )

Nhiệt độ không khí nạp mới của xe chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh Tại miền Nam Việt Nam, khu vực thuộc vùng nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày thường dao động khoảng 29 độ C.

2.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k )

- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp: T k = T o = 302 ( o K)

2.4 Áp suất cuối quá trình nạp (p a )

Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xy lanh thường thấp hơn áp suất khí quyển, điều này là do sự tổn thất xảy ra trong ống nạp và tại bầu lọc.

- Động cơ 4 kỳ không tăng áp: p a = 0,8.p o = 0,8.0,1013 = 0,08104 (MN/m 2 )

2.5 Chọn áp suất khí sót (p r )

- Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xy lanh động cơ.

- Giá trị áp suất khí sót p r phụ thuộc vào các yếu tố:

Diện tích thông qua của xupap xả, biên độ và độ cao của xupap xả đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất động cơ Góc mở sớm và đóng muộn của xupap xả ảnh hưởng đến khả năng thoát khí Đặc biệt, động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả sẽ có yêu cầu khác về thiết kế xupap Ngoài ra, độ cản của bình tiêu âm và bộ xúc tác khí xả cũng cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm.

- Đối với động cơ xăng chọn p r = 0,12 (MN/m 2 )

- Phụ thuộc thành phần hỗn hợp khí, mức độ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải.

- Đối với động cơ xăng chọn T r = 1000 ( o K)

2.7 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ( T)

Khí nạp mới khi di chuyển qua ống nạp vào trong xy lanh động cơ sẽ tiếp xúc với vách nóng, dẫn đến việc được sấy nóng lên một nhiệt độ nhất định là T.

- Đối với động cơ xăng chọn T = 10 ( o C)

2.8 Chọn hệ số nạp thêm 1

Hệ số nạp thêm 1 phản ánh mối quan hệ giữa lượng hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm và lượng khí công tác chiếm chỗ tại thể tích V a Đối với động cơ thiết kế tốc độ cao, với cơ cấu phân phối khí hiện đại và ống nạp dài, quán tính lớn cho dòng khí nạp cho phép chọn hệ số nạp 1 ở mức cao.

- Đối với động cơ xăng chọn 1 = 1,07

2.9 Chọn hệ số quét buồng cháy 2

- Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn 2 = 1.

2.10 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp và nhiệt độ khí sót T r

- Đối với động cơ xăng = 0,95 ta chọn t =1,12

22

Điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo của piston

Piston là một thành phần thiết yếu trong động cơ đốt trong, chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao trong suốt quá trình hoạt động Sự tác động của khí thể và lực quán tính tạo ra ứng suất cơ học và nhiệt trong piston, trong khi ma sát mài mòn xảy ra do thiếu dầu bôi trơn giữa piston và xylanh khi chịu lực.

Vật liệu chế tạo: do điều kiện làm việc của piston như trên, nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có sức bên lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi

- Hệ số giản nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn

- Chịu mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao

- Chống được sự ăn mòn hóa học của khí cháy

Vật liệu chế tạo piston thường dùng hiện nay là: gang và hợp kim nhẹ, thép ít được dùng để chế tạo piston.

bảng kích thước piston và thông số đầu vào của động cơ

STT Tên chi tiết Kí hiệu Gía trị (mm)

4 Chiều cao thân piston Lth 42

5 Chiều cao đầu piston lđ 17

6 Chiều cao rãnh xecmang dầu hxd 2

7 Đường kính ngoài chốt piston dncp 18

8 Đường kính trong chốt piston dtcp 11

9 Chiều dài chốt piston Hcp 61 Áp suất đầu kỳ nén P

1 50 Kpa Áp suất khí nạp p o 0,1013 MN/ m 2

Tính chất của môi chất công tác k 1.4

Nhiệt lượng đầu vào Q ¿ 1675 J/Kg.K

Nhiệt dung riêng của thể tích C v 0,821 KJ/Kg.K

Tốc độ động cơ N 6000 v/phút

Bán kính vòng quay trục khuỷu R 34 mm

Dung tích động cơ V H 1266 cm 3

Thể tích ban đầu của một xilanh V h 316,65 cm 3

Thể tích buồng cháy V c 150,7 cm 3

Chiều cao xéc măng dầu, xéc măng khí, bề dày a 0.002m a 1 0,002m

Bề dày xéc măng khí a 2 0,002m

Tiết diện đỉnh piston F b 46,47 cm 2

Tính toán thông số đầu vào

- Thông số kết cấu của động cơ λ= R l =12334

- Thể tích ban dầu của 1 xilanh

- Áp suất khí thể cuối kỳ nén Đồ thị chu trình cấp nhiệt đẳng tích.

Tính toán bền của piston

- Do đỉnh piston chịu ảnh hưởng bởi tải trọng phức tạp nên việc tính toán đỉnh piston chỉ theo phương pháp gần đúng, theo những giả thuyết nhất định.

+ Coi đỉnh piston là một đĩa tròn, chiều dày đỉnh piston đồng điều tự do trrên hình trụ.

+ Áp suất khí thể P z tác dụng lên đỉnh piston phân bố đều, lực khí thể và phản lực gây uốn đỉnh piston, xét ứng suất uống tại tiết diện x-x.

- Khi làm việc đỉnh sẽ chịu uốn lớn nhất tại tâm đĩa (mắt dưới chị kéo) do các lực P zmax

2 tác dụng lên phía trên và phía dưới mặt đỉnh piston gây nên.

- Lực khí thể này có giá trị

- Lực P zmax tác dụng lên trọng tâm của nửa hình tròn, cách trục x-x một đoạn:

2 tác dụng lên trọng tâm của nửa hình tròn, cách trục x-x một đoạn: y 2 = D+D 2

- Ứng suất uốn đỉnh piston σ u = M u = 3,741 10 −4 u,836 MPa W u 4,933 10 −4

- Vật liệu là nhôm, đỉnh có gân tăng bền: [ σ u ]% ÷ 190 M P a

Nhận xét thấy σ u < [ σ u ] nên đỉnh piston thỏa mãn điều kiện bền. b) Tính toán bền đầu piston

- Ứng suất kéo σ k cuối quá trình nén đầu quá trình nạp σ = P jP =m

+ Piston làm bằng hợp kim nhôm chọn γ = 2,5 kg/d m 3 = 2,5 10 3 kg/ m 3

2 là thể tích phần rỗng của đầu piston phía trên mặt cắt I-I:

3 là thể tích phần rãnh xecmăng phía trên mặt cắt I-I:

- Thể tích phần đầu piston là:

- Khối lượng phần đầu piston là: m I −I =Vγ =¿ 8,1993.10 −5 2,5.10 3 =0,2049 (kg)

- Tính gia tốc lớn nhất của piston:

- Từ biểu thức tính gia tốc J ta nhận thấy J đạt giá trị cực đại khi α =0 ⇒cos α =1

J max = 0,034, với giá trị 523,598 2 (1 + 0,275)884,61 (m/sα 2) là tiết diện nhỏ nhất cắt qua rãnh xéc măng dày cuối cùng ở phần đầu piston Giá trị này được xác định thông qua phần mềm mô phỏng để thực hiện tính toán chính xác.

- Kết luận đầu piston thỏa mãn về sức bền kéo.

- Ứng suất nén tiết diện I-I được xác định theo công thức: Thay số ta được σ n = P zmax π D 2 = 7,61 π 0,077 2 "1,91.10 −3 MN /m 2

- Đối với piston làm bằng hợp kim nhôm ta có σ n = 221,91 10 −3 ( MN/m 2 ) ⇒ σ n < [ σ n ] %( MN / m 2 )

- Vậy đầu piston thỏa mãn điều kiện chịu nén.

+ Áp suất riêng trên bề mặt tếp xúc với mặt gương xilanh. q = N max b D L th

Trong đó + Lực ngang lớn nhất đối với động cơ xăng được xác định bởi công thức

+ Áp suất riêng của thân piston q b =0.5349 Mpa thỏa trị số cho phép c) Tính bền chốt piston

* Điều kiện làm việc của chốt piston

Chốt piston là bộ phận quan trọng kết nối piston với thanh truyền, giúp truyền lực từ khí thể tác động lên piston tới thanh truyền để quay trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, chốt piston phải chịu áp lực từ khí thể và lực quán tính lớn, và các lực này có sự biến đổi liên tục.

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com Trong động cơ cao tốc, chu kỳ đồng thời với tính chất va đập mạnh nhất yêu cầu vật liệu làm chốt piston phải có sức bền cao, khả năng chịu mòn tốt và độ dẻo lớn để đảm bảo hiệu suất làm việc ổn định.

- Vật liệu thường dùng là thép cacbon và thép hợp kim có thànhphần cacbon thấp như thép 20, 20X, 15XA, 15XMA, 12XH3A, …

Thông số Ký hiệu Giá trị

Chiều dài chốt piston l cb 61 mm Đường kính ngoài chốt piston d cb 18 mm Đường kính trong chốt piston l 0 11 mm

Khối lượng chốt piston m cp 75,86 g

Chiều dài thanh truyền l tt 123,5 mm

Khối lượng thanh truyền m tt 535,38 g

Khối lượng đầu nhỏ thanh truyền m a 136,5219 g Đường kính trong đầu nhỏ thanh truyền d t 11 mm Đường kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền d c 18 mm

Khoảng cách giữa hai bệ chốt b 21mm

Chiều dài tiếp xúc với với bạc đầu nhỏ a 22mm

* Ứng suất uốn chốt σ =( P z −P jP )(l+2 b−1,5 a)=(0,0348−4,2687 10 −3 )(0,061+2.0,021−1,5.0,022) u 1,2.0,018 3 (1−0,61 4 )1,2d 3 (1−α 4 ) co ¿ 354,46 MN /m 2

- Lực quán tính P jP do piston, xec măng, khóa hãm và chốt gây nên có giá trị :

Trong đó + Khối lượng của piston m p =¿ 279,49g

+ Khối lượng của chốt piston m c =¿75,86g

+ Khối lượng của bạc xecmang m x ,6 g

- Ứng suất uốn cho phép [ σ u ] 50 ÷ 450 MN /m 2

- Kết luận vậy chốt piston đẩm bảo ứng suất uốn chốt.

Khi làm việc, chốt piston chịu lực cắt tại tiết diện giữa brrj chốt và bạc đầu nhỏ được xác định theo công thức τ = 0.85(P z − P jP )(1 + α o + α o 2) Cụ thể, với các giá trị τ = 0,85(0,0348 − 4,3678 × 10 −3 )(1 + 0,61 + 0,61 d c 2 (1 − α o 4 ) 0,018 2 (1 − 0,61 4 ) ≈ 183,86 MPa, ta có thể tính được độ biến dạng của chốt.

Khi chịu lực, áp lực không được phân bố đồng đều theo chu vi, do đó chúng ta giả định rằng áp lực phân bố theo quy luật hình cosin hoặc hình oval trên tiết diện ngang của chốt.

- Độ biến dạng của tiết diện giữa của chốt piston:

E I1−α o 2.10 5 1−0,61 +Trong đó môdun đàn hồi đối với thép có giá trị E=2.10 5 Mpa + Hệ số hiệu chỉnh k theo α o được xác định như sau : k =1,5−15 ( α o −0,4) 3 =1,5−15 (0,61−0,4 )=1,36

- Độ biến dạng cho phép [ ∆ d max ] =0,2 d c =0,2.0,018=3,6.10 −3

- Xét độ biến dạng ∆ d max =1.31 10 −6 m1,5 d 1 18 a) Tính bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu kéo:

Trong đó: m: khối lượng tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston

=> P J =m.R ω 2 (cosα + λcos2α) F b = ( m A + m np )R ω 2 (cosα + λcos2α)

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat m np =+ =0,3256+0,07586 = 0,40146( ) =0,56743.0,034.523,6 2.(1+0,251) f16,796 ( )

• Bán kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền:

Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo.

H: chiều rộng thân chổ nối với đầu nhỏ. ρ 1: Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ với thân. r 2: Bán kính ngoài của đầu nhỏ

Moment uốn tại tiết diện C-C:

Hệ số : phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết lắp ghép

E d F d +E b F b 2.10 11 0,176.10 −3 +0,69.10 11 0,44 10 −3 Lực kéo thực tế tác dụng lên tiết diện của đầu nhỏ thanh truyền: N k = N j = 0,537.4635,39= 2489,204 ( ) Ứng suất tổng cộng trên mặt ngoài đầu nhỏ thanh truyền: σ nj = [2M j

0,004(2.0,012+0,004 ) 0,022.0,004 Ứng suất tổng cộng trên mặt ngoài đầu nhỏ thanh truyền:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat σ tj = [-2M j 6 p−sα + N K ] l = [-2.(-38,123). sα (2 p−sα) l d sα

0,004(2.0,012+0,004 ) 0,022.0,004 Ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong đầu nhỏ thanh truyền.

Quan hệ giữa ứng suất mặt ngoài vời góc b) Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén.

Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu nén.

Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền. p 1 = p kt F b - ω 2(1 + ) F b 478,644.0,44.10 −3-0,56743.0,034.523,6 2(1+0,251).0,44.

Moment uốn trên cung BC ( ≥ 90°)

Lực tiếp tuyến trên cung BC ( ≥ 90°).

.cos139,67)6,69(N) π Ứng suất mặt ngoài của tiết diện nguy hiểm nhất: σ nz = [2M z 2

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Ứng suất mặt trong của tiết diện nguy hiểm nhất:

R :0,034 (m) ω:523,6 λ: 0,275 mtt: 0,344 (kg) m n = ( 0,2 ÷ 0,28 ) m tt =0,0688 (kg) m 2=0,72 m tt = 0,24768(kg)

Ta có + Góc dẫn xuất về tâm đầu to thanh truyền : γ 0 @ °

+ Khoảng cách tính từ tâm của 2 bu lông đầu to thanh truyền : C = 0,055 (m) -Mô men uốn và lực pháp tuyến tác dụng lên tiết diện A-A của nắp đầu to:

= 0,0053 (MN) -Ứng suất lớn nhất tác dụng lên nắp đầu to thanh truyền:

L d :Chiều rộng tiết diện nắp đầu to: 0,026 (m) C: Khoảng cách 2 bu lông : 0,055(m) δ b :Chiều dày tiết diện bạc: 0,004 (m) δ : Chiều dày tiết diện nắp đầu to : 0,0015 (m)

Tính bền trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những bộ phận quan trọng nhất của động cơ đốt trong, chịu cường độ làm việc lớn và có giá thành cao Chức năng của trục khuỷu là nhận lực tác động từ piston qua thanh truyền, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục, từ đó cung cấp công suất ra ngoài.

Trong quá trình hoạt động, trục khuỷu phải chịu tác động của lực khí thể và lực quán tính, bao gồm cả quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Những lực này có cường độ lớn và biến đổi theo chu kỳ, gây ra ảnh hưởng va đập mạnh mẽ.

- Vật liệu chế tạo trục khuỷu thường làm bằng thép cacbon hàm lượng trung bình (C35-C50).

Bài viết đề cập đến việc sử dụng các loại vật liệu như thép hợp kim 18XHBA, 40X, HKCR-NI, và gang graphit cầu trong sản xuất Ngoài ra, các phương pháp gia công chi tiết có thể bao gồm rèn hoặc đúc, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng cụ thể.

3.2 Thu thập thông số đầu vào.

STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị

1 Khoảng cách từ tâm của má khuỷu đến đường a 22 mm trung trực của chốt khuỷu

2 Chiều rộng của má hình chữ nhật h 72,02 mm

3 Khoảng cách giữa 2 tâm cổ khuỷu l 0 98 mm

4 Khoảng cách từ tâm 2 cổ khuỷu tới đường trung l’=l” 45,5 mm trực của chốt khuỷu

5 Chiều dày của má hình chữ nhật b 15 mm

6 Khoảng cách từ tâm má khuỷu tới tâm cổ trục b’=b’’ 23,5 mm

8 Khoảng cách giữa tâm 2 đối trọng với đường trung c=c’=c’’ 16 mm trực của chốt khuỷu

9 Khoảng cách từ trọng tâm má khuỷu đến tâm quay r mk 18,9 mm

10 Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay r dt 7,29 mm

11 Khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện r 16,24 mm nguy hiểm của má khuỷu

12 Khối lượng của chốt khuỷu m ch 0,284 kg

13 Khối lượng ly tâm của má khuỷu m mk 0,265 kg

14 Khối lượng đối trọng m dt 1,255 kg

15 Khối lượng nhóm piston m np 0,24974 kg

16 Khối lượng thanh truyền m tt 0,53538 kg

17 Đường kính ngoài của chốt khuỷu d ch 40 mm

18 Áp suất khí thể p zmax 76,1 bar

20 Diện tích đỉnh piston F p 4647mm 2

3.3 Phương pháp tính sức bền theo cách phân đoạn

Khi áp dụng phương pháp này, trục khuỷu được chia thành nhiều đoạn, mỗi đoạn tương ứng với một khuỷu Chiều dài của mỗi đoạn được xác định bằng khoảng cách giữa hai tâm điểm của ổ trục.

TIEU LUAN MOI có thể tải về tại địa chỉ skknchat123@gmail.com Trong nghiên cứu, đoạn trục khuỷu được xem như một dầm tĩnh đặt trên hai gối tựa, với giả thuyết rằng trục khuỷu có độ cứng vững tuyệt đối.

- Tính toán trường hợp khởi động là tính toán gần đúng với giả thuyết: Trục khuỷu ở vị trí điểm chết trên (α =0).

Khi khởi động, lực quán tính thường không đáng kể do số vòng quay thấp, và lực tác dụng trên khuỷu đạt giá trị tối đa P zmax Tuy nhiên, trong thực tế, người sử dụng không bao giờ mở hết bướm ga của động cơ xăng hoặc kéo hết thanh răng khía của động cơ diesel, dẫn đến lực tác dụng thường nhỏ hơn giá trị tối đa P zmax.

- Do đó lực tác dụng lên trục khuỷu sẽ là:

Z= pz max F p v,1 10 5 4647.10 −6 =0,0353(MN ) -Các phản lực xác định theo công thức:

=0,0163(MN ) l 0 0,098 a Tính sức bền của chốt khuỷu

- Momen uốn chốt khuỷu (tính đối với tiết diện giữa các chốt) bằng:

- Do đó ứng suất uốn chốt khuỷu là:

M u - moduyn chống uốn của tiết diện ngang của chốt khuỷu

+ Đối với chốt rỗng: π d ch 4−δ ch 4

32 d ch b Tính bền của má khuỷu

- Ứng suất uốn của má khuỷu bằng: σ u = M u = Z ' b' = 0,0163 0,0235 1,83(MN /m 2 ) W ux hb 2 0,07202 0,015 2

- Ứng suất nén má khuỷu: σ n = Z

- Ứng suất tổng cộng: σ Σ =σ u +σ n 1,83+16,338,16 (MN /m 2 ) c Tính sức bền của cổ trục khuỷu

- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu: σ u = M u = Z' b' = 0,0163 0,0235 `,964(MN /m 2 )

Trong trường hợp này, momen tác dụng trên cổ trục thường nhỏ hơn nhiều so với momen uốn chốt khuỷu, do đó việc tính toán sức bền của cổ trục thường không cần thiết.

3.3.2 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Z max

- Ta có : Khối lượng thanh truyền phân bổ về tâm chốt khuỷu: m 1 = ( 0,275 ÷ 0,359 ) m tt = ( 0,275 ÷ 0,359 ) 0,53538=0,147 ÷ 0,192(kg)

- Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu: m 2 = ( 0,650 ÷ 0,725 ) m tt = ( 0,650 ÷ 0,725 ) 0,53538=0,347 ÷ 0,388(kg)

M: là khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

C 1 : Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu

C 2 : Lực quán tính ly tâm của khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu

- Lực tác dụng (khi có xét đến ảnh hưởng của lực quán tính) Z max xác định theo công thức sau:

Z max =Pz max −MRω 2 ( 1+ λ ) 4800−0,41974.0,034 ( 523,598 ) 2 ( 1+0,275 ) )811,55(N )=0,02981(MN )

Khuỷu trục không chỉ chịu lực Z 0 mà còn phải đối mặt với lực quán tính ly tâm từ má khuỷu P r 1 và đối trọng P r 2 Trong tình huống này, lực tiếp tuyến T bằng không do α=0.

- Do đó phản lực tác dụng lên các gối trục được xác định theo các công thức sau:

- Nếu trục khuỷu hoàn toàn đối xứng thì:

Khi tính toán sức bền của khuỷu trục khuỷu động cơ nhiều xylanh, cần xem xét không chỉ lực Z max mà còn cả momen xoắn từ các khuỷu trước đó Do đó, khuỷu chịu lực và momen lớn nhất, bao gồm Z max và (∑ Z 1−1) max, sẽ là khuỷu có nguy cơ cao nhất.

Để xác định khuỷu nào nguy hiểm nhất, cần dựa vào đồ thị T = f(α) để tính giá trị lực tiếp tuyến T tại các vị trí khác nhau Sau đó, lập bảng để phân tích và tìm ra momen lớn nhất.

(∑ T1−1 cũng tức là tìm khuỷu chịu lực tiếp tuyến (∑ T1−1 a.Tính bền của chốt khuỷu

- Ứng suất uốn chốt khuỷu: σ u = M u

Trong đó: c = c’ = c’’ (coi khuỷu trục hoàn toàn đối xứng)

- Ứng suất xoắn chốt khuỷu: ΣT I−1=0(MN /m 2 )

Với: W K là mô đuyn chống xoắn ủa chốt khuỷu W K =2W u

+ Đối với trục đặc: W K ≈ 0,2 d 3 ch m 3

- Ứng xuất tổng khi chịu uốn và chịu xoắn: σ Σ = √ σ u 2 + 4 k 2 6,45(MN /m 2 ) b Tính bền của cổ trục khuỷu

- Tính sức bền của cổ trục khuỷu thường tính tiết diện ở chổ chuyển tiếp giữa cổ trục và má khuỷu (tiết diện nguy hiểm nhất).

- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu (cổ trục đặc): σ u = M u = Z ' b ' = 0,0127 0,0235 G,49(MN /m 2 )

(0,04 3 )32 Trong đó: d ch : đường kính của ổ trục khuỷu (m)

- Ứng suất xoắn cổ trục:

- Ứng xuất tổng khi chịu uốn và chịu xoắn: σ Σ = √ σ u 2 +4 ❑ k 2 G,49(MN /m 2 ) c Tính bền của má khuỷu

- Trong quá trình làm việc, má khuỷu chịu nén và chịu uốn theo trục x-x và y-y

- Ứng suất nén má khuỷu: σ n = Z ' − P r 2 = 0,0127−2508,22.10 −6 =9,34(MN /m 2 ) bh 0,015.0,072

- Ứng suất uốn trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục y- y) y M u y M ' X ΣT I−1 R 0.0,034

- Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục x-x) x M u x Z ' b ' +P r 2 (a−c ) 0,0127 0,0235+2508,22 10 −6 (0,022−0,016)

- Ứng suất tổng khi má khuỷu chịu nén và uốn bằng: σ Σ =σ n +σ u y +σ u x =9,34+0+24,193,53( MN /m 2 )

Văn Thi Bông, Vy Hữu Thành và Nguyễn Đình Hùng (2007) đã biên soạn cuốn "Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong", xuất bản bởi NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu này cung cấp kiến thức và hướng dẫn chi tiết cho sinh viên trong lĩnh vực động cơ đốt trong, phục vụ cho việc thực hiện đồ án môn học một cách hiệu quả.

[2] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tấn Tiến (1996) Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập 2 NXB giáo dục, HCM.

Tiêu đề	Tính Toán Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong Chi Tiết Trục Khuỷu Trong Hệ Thống Phát Lực Động Cơ 1NZ-FE Toyota Vios 2007
Tác giả	Đinh Quang Đạt, Lê Trần Gia Hưng, Nguyễn Hữu Nhân, Võ Phạm Huy Thông, Võ Thái Tuấn
Người hướng dẫn	Ts. Lê Minh Đảo
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Động Lực
Thể loại	Bài Tập Lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	TP Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	1,99 MB