Thuyết minh kết cấu tính toán Động cơ Đốt trong phân tích kết cấu trục khuỷu Động cơ tham khảo mazda 2 zy ve

Nhiệt độ quá cao có thể làm thay đổi tính chất cơ học của vật liệu, làm giảm độ bền và khả năng chịu lực của trục khuỷu.. Ứng suất và lực tác động: Trục khuỷu phải chịu các lực tác động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

==

THUYẾT MINH KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG: PHÂN

TÍCH KẾT CẤU TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO: MAZDA 2 ZY-VE

LỜI CẢM ƠN

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ,trong đó có ngành cơ khí động lực nói chung Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành cơ khí động lực của ta mới phát triển được.

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết,thuỷ khí và máy thuỷ khí ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm bài tập lớn “Phân Tích Kết Cấu Động Cơ” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót,chúng em rất mong nhận được sự xem xét và chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật trong ngành

cơ khí động lực.

Cuối cùng, nhóm chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Dương Việt Dũng đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm

đồ án Nhóm chúng em rất mong muốn nhận được sự xem xét

và chỉ dẫn của các thầy để chúng em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình.

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn, mong gửi được lời chúc tốt đẹp nhất đến các thầy cô khoa Cơ Khí Giao Thông để là người lái đò vững chắc cho thế hệ mai sau.

MỤC LỤC VÀ PHÂN CHIA NHIỆM VỤ CÁC THÀNH VIÊN CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT & HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2 1 Chọn động cơ tham khảo: 2

1.1 Động cơ và những tính năng nổi bật của động cơ : 6

1.2.Tổng quan động cơ tham khảo: ZY-EV của xe Mazda 2

1.3.Những tính năng nổi bật của động cơ ZY-VE:

2 Phân tích đặc điểm kết cấu của trục khuỷu động cơ ZY-VE 9

2.1 Đầu trục khuỷu: ( NGUYỄN VĂN CƯỜNG ) 10

2.2 Chốt khuỷu: (PHAN VĂN QUỐC DUY – NHÓM TRƯỞNG) 13

2.3 Cổ trục: ( DƯƠNG TRỌNG ĐẠI ) 15

2.4 Má Khuỷu: ( NGUYỄN HOÀNG THÀNH ĐẠT ) 18

2.5 Đuôi trục khuỷu: ( NGUYỄN ĐÌNH HẢI ) 18

2.6 Bánh đà: ( PHẦN CHUNG ) 18

2.7 Bạc lót: ( PHẦN CHUNG ) 18

3 Phương pháp tính toán : 21

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT & HỆ THỐNG ĐỘNG

CƠ THAM KHẢO

1.Chọn động cơ tham khảo: Mazda 2- Skyactiv-G 1.5L

1.1 Giới thiệu động cơ và những tính năng nổi bật của động cơ :

+ Dưới đây là một số công nghệ nổi bật được trang bị trên các thế hệ của Mazda 2:

-Thế hệ thứ nhất: Hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống dẫn động cầu trước.

-Thế hệ thứ hai: Hệ thống treo MacPherson, hệ thống lái trợ lực điện -Thế hệ thứ ba: Động cơ Skyactiv-G 1.5L , hộp số tự động 6 cấp Hệ thống Mazda Connect, hệ thống an toàn i-Activsense.

+ Cụ thể, hệ thống Mazda Connect là hệ thống thông tin giải trí mới nhất của Mazda, được trang bị màn hình cảm ứng 8 inch, kết nối Apple CarPlay/Android Auto và hệ thống âm thanh 6 loa Hệ thống an toàn i- Activsense là hệ thống an toàn chủ động của Mazda, được trang bị các tính năng như cảnh báo chệch làn đường, hỗ trợ giữ làn đường, cảnh báo phương tiện cắt ngang khi lùi,

+ Mazda 2 2019 còn bổ sung công nghệ kiểm soát gia tốc G-Vectoring Control Trang bị an toàn của xe có thêm camera lùi và 6 túi khí thay vì 2 túi khí như trước.

+ Với những cải tiến về công nghệ, Mazda 2 đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu trong phân khúc sedan hạng B tại Việt Nam.

1.2 Tổng quan đ ộng cơ tham khảo: ZY-EV của xe Mazda 2 :

a/ Ý nghĩa của ZY-VE:

+ Tên gọi đầy đủ của động cơ ZY-VE xe Mazda 2 là "Động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng, 1.5 lít, phun xăng trực tiếp Skyactiv-G 1.5L" Động cơ này được phát triển bởi Mazda và được sử dụng trên các mẫu xe Mazda 2 thế hệ thứ 3, được sản xuất từ năm 2014 đến nay.

-Tên gọi này được chia thành các phần như sau:

+ Động cơ xăng: Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng để đốt cháy và

tạo ra năng lượng.

+ 4 xi-lanh thẳng hàng: Động cơ có 4 xi-lanh được bố trí thẳng

hàng theo một hàng ngang.

+ 1.5 lít: Dung tích xi-lanh của động cơ là 1.5 lít.

+ Phun xăng trực tiếp: Hệ thống phun xăng trực tiếp đưa nhiên

liệu trực tiếp vào buồng đốt.

+ Skyactiv-G: Tên gọi của công nghệ động cơ do Mazda phát triển, mang lại hiệu quả nhiên liệu cao và khả năng vận hành mạnh mẽ.

Ngoài ra, động cơ ZY-VE còn được gọi tắt là "Động cơ Skyactiv-G 1.5L" Tên gọi này được sử dụng phổ biến hơn và dễ nhớ hơn.

Dòng đời: Động cơ SkyActiv-G 1.5 lít (P5-VPS, P5-VP (RS)) là

phiên bản nhỏ hơn của động cơ 2.0 lít trong dòng SkyActiv Đơn vị phân khối nhỏ hơn này lần đầu tiên được cung cấp trong Mazda2 và Mazda3,

và sau đó trong các mô hình MX-5 Động cơ P5-VP (RS) dành cho mẫu Mazda MX-5 ND Mazda đã cố gắng không để mất tất cả các lợi thế của động cơ mới và đồng thời để đạt được hiệu suất cao trong việc tiết kiệm nhiên liệu

Sơ bộ thông số: Động cơ có công suất 111 (KW), số vòng quay 6000

(vòng/phút), đường kính xilanh 74.5 (mm) và hành trình là 85.8(mm), momen xoắn tối đa 144 Nm Toàn bộ sức mạnh trên được truyền đến hộp

số tự động 6 cấp.

1.3.Những tính năng nổi bật của động cơ ZY-VE :

+ Động cơ ZY-VE là động cơ xăng 1.5L, 4 xi-lanh thẳng hàng, phun xăng trực tiếp, sản sinh công suất 111 mã lực tại 6.000 vòng/phút và mô- men xoắn 140Nm tại 4.000 vòng/phút Động cơ này được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước và đi kèm với hộp số sàn 6 cấp hoặc hộp số tự động 6 cấp.

+PHÂN TÍCH NHỮNG GÌ RÚT RA TỪ CÁI HÌNH

+KHÔNG PHẢI COPY

+CÁI GÌ KHÔNG CÓ TRONG HÌNH THÌ KHÔNG NÓI

+CHỈ NÓI CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

2.1 Đầu trục khuỷu: ( NGUYỄN VĂN CƯỜNG ):

2.1.1 Nhiệm vụ:

Đầu trục khuỷu

 Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động động cơ bằng tay quay Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu

2.1.2 Điều kiện làm việc:

1 Ma sát và mài mòn:

Đầu trục khuỷu thường xuyên phải chịu ma sát lớn, đặc biệt tại các ổ trục (bearing) và các điểm tiếpxúc khác Ma sát này gây ra mài mòn, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của trục khuỷu

2 Nhiệt độ:

Nhiệt độ quá cao có thể làm thay đổi tính chất cơ học của vật liệu, làm giảm độ bền và khả năng

chịu lực của trục khuỷu.

3 Ứng suất và lực tác động:

Trục khuỷu phải chịu các lực tác động lớn từ quá trình cháy nổ trong động cơ, và các lực này tạo ra

những ứng suất biến dạng trên trục khuỷu Cụ thể, lực xoắn, lực nén và lực kéo, tất cả đều tác động lên đầu trục khuỷu Do đó, đầu trục khuỷu phải được thiết kế với vật liệu có độ bền cơ học cao

4 Độ chính xác gia công: Các đầu trục khuỷu phải có độ chính xác cao về kích thước và độ thẳng để

đảm bảo hoạt động ổn định trong suốt quá trình sử dụng

5 Vật liệu chế tạo:

Vật liệu chế tạo trục khuỷu phải có khả năng chịu được lực tác động, mài mòn và nhiệt độ cao

Thông thường, trục khuỷu được làm từ các hợp kim thép đặc biệt như thép carbon hoặc thép hợp kim có khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt tốt Ngoài ra, trục khuỷu cũng có thể được xử lý nhiệt (như mạ crom, tôi cứng) để cải thiện độ bền bề mặt và chống ăn mòn

2.1.3 Đặc điểm kết cấu

1 Hình dáng và cấu trúc của đầu trục khuỷu:

Đầu trục khuỷu thường có hình dạng trụ tròn, gia công với độ chính xác cao để đảm bảo sự cân bằng động và khả năng chịu tải trọng lớn Các đầu này được thiết kế để gắn với các bộ phận khác củađộng cơ, như bánh đà, thông qua các ổ trục hoặc các khớp nối

Một số đầu trục khuỷu có các kênh dẫn dầu để cung cấp dầu bôi trơn cho các ổ trục và các bộ phận liên quan

3 Lỗ trung tâm (hoặc lỗ lắp trục):

Đầu trục khuỷu có lỗ trung tâm hoặc lỗ xuyên qua để nối trục khuỷu với các bộ phận khác của động

cơ Lỗ này được gia công với độ chính xác rất cao để đảm bảo sự ăn khớp chặt chẽ giữa các bộ phận

4 Đầu trục khuỷu và các ổ trục:

Các ổ trục (hoặc ổ bi) đóng vai trò quan trọng trong việc giữ đầu trục khuỷu ổn định trong suốt quá trình vận hành Chúng giúp giảm ma sát và tạo điều kiện cho trục khuỷu quay mượt mà Các ổ trục thường được bố trí ở đầu của trục khuỷu Đầu trục khuỷu có thể có các lỗ dầu hoặc kênh dẫn dầu để cung cấp dầu bôi trơn cho các ổ trục giúp giảm ma sát và mài mòn

=>Đặc điểm kết cấu của đầu trục khuỷu bao gồm sự kết hợp của các yếu tố như hình dạng gia công chính xác, vật liệu có độ bền cao, khả năng chịu tải trọng xoắn và nén, và hệ thống bôi trơn tối ưu.

2.1.4 Yêu cầu:

Yêu cầu của đầu trục khuỷu rất quan trọng trong thiết kế và vận hành của động cơ, vì nó đóng vai tròchủ chốt trong việc truyền động, duy trì hiệu suất động cơ và đảm bảo độ bền lâu dài Dưới đây là các yêu cầu cơ bản mà đầu trục khuỷu cần phải đáp ứng:

 Đảm bảo độ bền cơ học cao

 Chịu mài mòn và chống ăn mòn

 Đảm bảo độ chính xác gia công cao

 Khả năng chịu tải trọng xoắn và lực nén

 Tính ổn định động học và cân bằng

 Khả năng chịu nhiệt độ cao

 Khả năng bôi trơn tốt

2.2 Chốt khuỷu: (PHAN VĂN QUỐC DUY – NHÓM TRƯỞNG) :

2.2.1 Nhiệm vụ:

Chốt khuỷu hay còn gọi là cổ biên, là một thiết bị trong động cơ, có nhiệm vụ liên kết trục khuỷu

và thanh truyền ở mỗi xi lanh

2.2.2 Điều kiện làm việc:

1.Tải trọng

Chốt khuỷu chịu lực nén, lực kéo và cả lực cắt từ thanh truyền trong quá trình làm việc.Lực tác động thay đổi liên tục theo chu kỳ làm việc của động cơ, tạo ra điều kiện tải trọng động.

2 Ma sát và mài mòn

Chốt khuỷu tiếp xúc với bạc lót của thanh truyền (hoặc ổ trục) trong điều kiện ma sát trượt.Quá trình ma sát liên tục có thể gây ra mài mòn, đặc biệt nếu hệ thống bôi trơn không hiệu quả

Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu bôi trơn giúp giảm ma sát và mài mòn

Nếu bôi trơn không đủ hoặc kém hiệu quả, chốt khuỷu sẽ bị nóng lên nhanh chóng, dẫn đến

=> Điều kiện làm việc của chốt khuỷu rất khắc nghiệt, đòi hỏi thiết kế và vật liệu phù hợp, cùng với

hệ thống bôi trơn hiệu quả để đảm bảo độ bền và hiệu suất của động cơ

lớn nên đường kính chốt khuỷu có thể làm bằng đường kính cổ trục nhằm để tăng độ cứng vững Chốt khuỷu có thể làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn Dễ dẫn dầu bôi trơn lên bề mặt chốt khuỷu.

Trong động cơ xi lanh, kiểu thẳng hàng hay đối đỉnh, mỗi chốt khuỷu chỉ điều khiển một

xi lanh Điều này giúp động cơ có thiết kế đơn giản và giúp giảm chi phí sản xuất Chốt khuỷu phải chịu được lực nén và lực uốn cao, nên phải có độ bền và khả năng chống mài mòn cao Bên cạnh đó, các khoảng trống còn có tác dụng lọc dầu bôi trơn…

=> Kết cấu của chốt khuỷu phải đảm bảo sự tối ưu về hình học, vật liệu và khả năng chịu lực

để hoạt động ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt Các yêu cầu về gia công chính xác, bề mặt làm việc và hệ thống bôi trơn là các yếu tố quyết định đến hiệu suất và tuổi thọ của chốt khuỷu.

2.2.3 Yêu cầu:

1 Độ bền cơ học

Khả năng chịu lực: Chốt phải chịu được lực kéo, nén, hoặc lực cắt do tải trọng tác

dụng lên nó.

Khả năng chịu mài mòn: Nếu chốt khuỷu hoạt động trong môi trường có chuyển

động quay hoặc tịnh tiến liên tục, bề mặt chốt phải đủ cứng và có khả năng chịu mài mòn.

2 Độ chính xác

Kích thước và dung sai của chốt phải đảm bảo độ chính xác cao để phù hợp với lỗ trục hoặc bề mặt lắp ghép, tránh gây lỏng lẻo hoặc khó lắp ráp.

Bề mặt chốt cần có độ nhẵn để giảm ma sát và tăng tuổi thọ làm việc.

3 Khả năng lắp ráp và tháo rời

Dễ dàng lắp đặt hoặc tháo ra khi cần bảo dưỡng, sửa chữa.

Có thiết kế thích hợp như sử dụng chốt có ren, chốt then, hoặc các cơ cấu giữ khác

để đảm bảo chắc chắn.

4 Vật liệu

Thường làm từ thép hợp kim, thép carbon, hoặc vật liệu khác có tính năng cơ học phù hợp.

Trong một số trường hợp đặc biệt, chốt có thể được làm từ vật liệu chống ăn mòn (như thép không gỉ) nếu hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.

5 An toàn và độ tin cậy

Chốt phải được thiết kế và sản xuất đảm bảo không bị gãy, biến dạng trong điều kiện làm việc bình thường.

Hệ số an toàn phải được tính toán để giảm nguy cơ hỏng hóc trong quá trình hoạt động.

6 Yêu cầu bôi trơn

Nếu chốt tham gia chuyển động quay hoặc chịu ma sát lớn, cần có hệ thống bôi trơn hoặc vật liệu tự bôi trơn để giảm ma sát và nhiệt độ.

7 Kích thước và trọng lượng

Chốt khuỷu phải được tối ưu hóa về kích thước và trọng lượng để phù hợp với thiết

kế tổng thể, nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu về độ bền và chức năng.

2.3 Cổ trục: ( DƯƠNG TRỌNG ĐẠI ) :

2.3.1 Đặc điểm kết cấu

 Cổ trục khuỷu là các bề mặt trụ tròn nhẵn bóng, được gia công chính xác để lắp vào các ổ trục

 gồm hai loại cổ trục

 Cổ trục chính Phần gắn với thân động cơ, giúp cố định trục khuỷu.

 Cổ trục thanh truyền Phần gắn với các thanh truyền nơi truyền động từ piston.

 Cổ trục khuỷu thường được chế tạo từ thép hợp kim hoặc gang cầu và được xử lý nhiệt (nhiệt luyện) để tăng độ cứng, giảm mài mòn.

 Bề mặt của nó được mài rất mịn để giảm ma sát và đảm bảo tuổi thọ của động cơ.

2.3.2 Yêu cầu:

1 Khả năng chịu tải

Tải trọng tĩnh: Chịu được tải trọng khi trục không quay.

Tải trọng động: Chịu được lực khi trục quay hoặc chuyển động.

2 Độ bền cơ học

Chịu được áp lực cơ học lâu dài mà không bị biến dạng hoặc gãy.

Chịu mài mòn tốt trong quá trình vận hành.

Giảm tối đa rung động và tiếng ồn trong quá trình làm việc, đặc biệt trong các thiết

bị có yêu cầu vận hành êm ái.

5 Khả năng làm mát

Tản nhiệt tốt để tránh quá nhiệt trong điều kiện hoạt động liên tục hoặc tải nặng.

6 Kích thước và thiết kế chuẩn

Phù hợp với thiết kế chung của hệ thống, dễ dàng thay thế hoặc bảo trì.

Đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế (VD: ISO, DIN, JIS).

7 Khả năng chịu môi trường

Chống ăn mòn trong các môi trường khắc nghiệt (ẩm, hóa chất, nhiệt độ cao).

Hoạt động ổn định trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau.

8 Tuổi thọ cao

Cổ trục cần có độ bền lâu dài để giảm chi phí bảo trì và thay thế.

9 Dễ dàng lắp đặt và bảo dưỡng

Thiết kế cho phép lắp ráp nhanh chóng và kiểm tra, bảo trì định kỳ dễ dàng.

2.4 Má Khuỷu: ( NGUYỄN HOÀNG THÀNH ĐẠT ) :

2.4.1 Nhiệm vụ trong động cơ ZY_VE:

+Truyền lực: Má khuỷu kết nối giữa chốt khuỷu và trục chính, truyền lực

từ thanh truyền đến trục khuỷu, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

+Đảm bảo cân bằng: Giúp cân bằng động lực học của trục khuỷu, giảm rung lắc khi động cơ hoạt động.

+Gắn kết: Tạo thành một khối liền mạch giữa các bộ phận của trục

khuỷu, giữ độ cứng vững và ổn định cho cơ cấu.

2.4.2 Điều kiện làm việc trong động cơ ZY_VE:

+Tải trọng lớn và biến đổi: Má khuỷu chịu tác động của lực lớn từ thanh truyền, lực này thay đổi liên tục cả về độ lớn và hướng trong suốt quá trình hoạt động.

+Chịu mô men xoắn: Do chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành quay,

má khuỷu phải chịu mô men xoắn không đều.

+Mài mòn: Bề mặt má khuỷu có thể chịu mài mòn do tiếp xúc với dầu bôi trơn hoặc do ma sát cơ học.

+Chịu nhiệt: Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao do sự cháy của nhiên liệu trong động cơ.

2.4.3 Đặc điểm kết cấu trong động cơ ZY_VE:

+Hình dạng: Thường là tấm phẳng hoặc tấm dạng trụ tròn được thiết kế liền khối hoặc ghép với các phần khác của trục khuỷu.

=>> Động cơ tham khảo ZY-VE có má khuỷu hình ô van