Mục tiêu bài tiểu luận đánh giá khả năng tính toán của phần mềm solidworks 2018 vào tính toán sức bền của cơ cấu phát lực động cơ camry 2005. Bài tiểu luận bao gồm: hướng dẫn sử dụng solidworks vẽ piston, thanh truyền, trục khủy,... của động cơ camry 2005; hướng dẫn tính bền cho các chi tiết đã vẽ. Bài tiểu luận nêu rõ ràng từng bước cụ thể trên quá trình thực hiện công việc khảo nghiệm ấy.
LƯU ĐỒ
LƯU ĐỒ DỰNG HÌNH
LƯU ĐỒ TÍNH BỀN
NHÓM PISTON
DỰNG HÌNH
STT Tên chi tiết Kí hiệu Giá trị
4 Chiều cao thân piston lth 31
5 Chiều cao đầu piston lđ 20
6 Đường kính ngoài chốt piston dcp 22
7 Chiều dài chốt piston lcp 54
9 Chiều cao rãnh xecmang dầu hxd 2
10 Chiều cao rãnh xecmang khí hxk 1
11 Đường kính lỗ dầu dld 2
12 Chiều dài lỗ dầu lld 3
Bước 1: Vào và vẽ biên dạng như hình dưới đây
Bước 2: Vào lệnh extrude boss/base và đùn 1 khối như hình bên dưới để tạo hình dáng sơ bộ cho piston.
Bước 3: Tạo sketch trên bề mặt khối trụ và vẽ biên dạng như hình.
Bước 4: Vào lệnh extrude cut để cut biên dạng đó 20mm Để tạo mề mặt nền cho việc đùn bệ chốt piston ở các bước sau.
Bước 5: Sau khi cut tiếp tục chọn bề mặt vừa đùn vào để vẽ biên dạng như sau.
Bước 6: Từ biên dạng vẽ ở trên extrude cutC vào để tạo gân gia cố cho piston như hình mẫu.
Bước 7: Dùng lệnh Mirror để sao chép Features gân gia cố vừa tạo thông qua Right Plane
Bước 8: Tạo biên dạng như hình dưới đây.
Bước 9: Dùng lệnh extrude cut đến bề mặt trên của gân gia cố
Bước 10: Tạo bên dạng như hình bên dưới:
Bước 11: Sử dụng lệnh Extrude Cut để cut sketch phía trên vừa tạo nhằm mục đích vác chân Piston.
Bước 12: Sử dụng lệnh Mirror để sao chép Feature vừa tạo thông qua Right Plane.
Bước 13: Tạo Plane cách Right Plane 32mm Nhằm mục đích sử dụng
Plane này để tạo Sketch và Extrude Boss/Base cho bệ chốt Piston Những bước tiếp theo đây sẽ thực hiện điều đó.
Bước 14: Sử dụng Plane vừa tạo để vẽ Sketch như hình dưới đây Đây Sketch của bệ chốt Piston.
Bước 15: Sử dụng lệnh Extrude Boss/Base một khoảng 22mm Mục đích là tạo bệ chốt Piston.
Bước 16: Sử dụng lệnh Mirror Feature vừa rồi thông Right Plane.
Bước 17: Sử dụng các lệnh Fillet như dưới đây:
Bước 18: Chọn mặt phẳng bệ chốt để tạo Sketch và Convert lại đường tròn từ
Sketch vẽ bệ chốt phía trên.
Bước 19: Sử dụng lệnh Extrude Cut để cut Sketch vừa tạo Nhằm mục đích tạo lỗ lắp chốt Piston.
Bước 20: Tạo Sketch trên Right Plane và vẽ như hình dưới đây.
Bước 21: Từ Sketch đó ta dùng lệnh Revolve Cut 360 0
Bước 22: Tạo Sketch trên bề mặt đỉnh Piston như hình bên dưới.
Bước 23: Dùng lệnh Extrude Cut với góc 80 0 và sâu 1.5mm Mục đích tạo đỉnh Piston dạng lõm.
Bước 24: Tiếp tục tạo Sketch trên bề mặt đỉnh Piston và vẽ biên dạng như dưới đây.
Bước 25: Sử dụng lệnh Extrude Boss/Base lên 0.5mm và với góc 60 0
Bước 26: Các hình ảnh bên dưới là để tạo bề mặt cho đỉnh Piston như chi tiết bên ngoài.
Bước 25: Tạo Axis bên trong tâm của Piston như hình.
Bước 26: Nhờ có dữ kiện Axis vừa tạo bên trên và Right Plane nên ta tạo được
Mặt phẳng mới xoay quanh Axis vừa tạo và cách Right Plane 1 góc 18,75 0
Bước 27: Tạo Sketch trên Plane vừa tạo đễ vẽ đường dẫn của lỗ dầu.
Bước 28: Sử dụng lệnh Swept cut để cut lỗ dầu theo đường dẫn của Sketch vừa tạo bên trên.
Bước 29: Từ lỗ dầu vừa tạo ta dùng lện Circular Pattern số lượng 4 và khoảng cách 12.5 0
Bước 30: Sử dụng lệnh Mirror để sao chép Feature Circular Pattern vừa rồi.
Bước 31: Vẽ rãnh lắp phe chặn chốt piston
Bước 1: Vẽ Sketch như hình sau:
Bước 2: Extrude Sketch vừa vẽ lên 54mm.
1.3 Xuất bản vẽ kĩ thuật:
TÍNH BỀN LÍ THUYẾT
2.1 Bảng điều kiện đầu vào:
Thể tích công tác 𝑉 𝑑 $94 cc = 2,494 10 −3 (𝑚 3 ) Áp suất nhiệt độ đầu kì nén 𝑃 1 = 100 𝑘𝑃𝑎, 𝑇 1 = 40℃ = 313 𝐾
Tỉ số nén, tốc độ động cơ 𝑟 𝑐 =ε,4; n`00v/p
Nhiệt lượng đầu vào, nhiệt dung riêng thể tích qin75 KJ/Kg
Khối lượng, đường kính piston
Chiều dài, đường kính ngoài, trong của chốt piston 𝑙 𝑐𝑝 Tmm, 𝑑 𝑐𝑝 "mm, 𝑑 𝑜 mm
Khối lượng, chiều dài thanh truyền 𝑚 𝑡𝑡 b6,39g; 𝐿 𝑡𝑡 2mm
Khối lượng, chiều dài đầu nhỏ thanh truyền 𝑚 𝐴 6,8g; 𝑙 𝑑 "mm
Bán kính vòng quay trục khuỷu R`mm
Khoảng cách từ trọng tâm đến đầu nhỏ thanh truyền a5,22mm
34 Đường kính trong, ngoài của đầu nhỏ thanh truyền 𝑑 1 $mm, d24mm
Khoảng cách 2 gối đỡ l3mm
Môđuyn đàn hồi vật liệu chế tạo thanh truyền, bạc lót Eb= 3,7e+11, Ed= 2,1e+11
2.3 Lực tịnh tiến cực đại:
2.4.1 Ứng suất uốn đỉnh piston theo pp back
2.4.2.Ứng suất kéo (đầu piston):
2.4.3 Ứng suất nén (đầu piston):
2.5.3 Áp suất tiếp xúc trên đầu nhỏ thanh truyền:
-Độ biến dạng trên tiết diện ngang:
1− ) 3 𝑘 = 2,48 10 −7 (𝑚𝑚) -Độ biến dạng tương đối:
*Ứng suất biến dạng tại điểm 1 trên mặt ngoài (=0) ứng suất kéo:
*Ứng suất biến dạng tại điểm 3 trên mặt ngoài () ứng suất nén:
*Ứng suất biến dạng tại điểm 2 trên mặt trong (=0) ứng suất nén:
*Ứng suất biến dạng tại điểm 4 trên mặt trong () ứng suất kéo:
TÍNH BỀN TRÊN MÁY
Bước 1: Gán áp suất khí thể: 9.139 Mpa.
Bước 2: Động cơ xăng hoạt động như quá trình cháy đẳng tích, do đó piston vẫn chưa di chuyển xuống Nhóm em sẽ điều chỉnh lại tại vị trí bệ chốt.
Bước 3: Vì Piston nhóm chọn vật liệu nhôm nên phần mềm sẽ tự tính toán khối lượng Nhóm chỉ xác định chiều và phương của trọng lượng.
Bước 4: Nhiệt độ cháy: Tmax = 2750.6 0 K.
3.1.3 Nhận xét: Piston đảm bảo điều kiện bền 𝝈 < [𝝈]; 𝟔, 𝟗𝟓 𝟏𝟎 𝟗 < 𝟑, 𝟕 𝟏𝟎 𝟏𝟏
Trong quá trình cháy động cơ xăng, hiện tượng cháy được coi là cháy đẳng tích Khi đó, thanh truyền giữ Piston ở vị trí điểm chết trên, vì vậy phần giữa của chốt, nơi chốt Piston tiếp xúc với bạc đầu to của thanh truyền, cần được cố định.
Bước 2: Gán lực khí thể (Pz = 58142,3 N) tại vị trí chốt Piston tiếp xúc với bệ chốt:
3.2.3.Nhận xét: ứng suất vượt qua giới hạn: 𝝈 > [𝝈]; 𝟕, 𝟗𝟏𝟏 𝟏𝟎 𝟖 > 𝟔, 𝟐𝟎𝟒 𝟏𝟎 𝟖
STT Tên chi tiết Kí hiệu
1 Chiều dài thanh truyền ltt 172
2 Đường kính ngoài đầu nhỏ d1 34
3 Đường kính trong đầu nhỏ d2 24
5 Chiều dài thân thanh truyền lth 105
6 Đường kính đầu to dt 54
7 Chiều cao đầu to, nhỏ thanh truyền hđ 22
8 Chiều dày bạc lót đầu to sbl 1
Bước 1: Tạo Sketch trên Front Plane và vẽ biên dạng như sau:
Bước 2: Đùn khối cho sketch vừa tạo,
Bước 3: Tiếp tục dùng Sketch đó để Extrude Boss/Base phần thân của thanh truyền 11mm qua 2 phía (Mid Plane).
Bước 4: Tiếp tục dùng Sketch củ Extrude Boss/Base lên bề dày rãnh của thân thanh truyền.
Bước 5: Tạo gân gia cố cho đầu to thanh truyền.
Bước 6: Sử dụng lệnh Extrude Boss/Base cho Sketch trên để hình thành gân gia cố cho đầu to thanh truyền
Bước 7: Thực hiện thao tác tương tự cho bên còn lại.
Bước 8: Sao chép Feature vừa tạo thông qua Front Plane.
Bước 9: Tạo biên dạng trên bề mặt đầu to theo chi tiết thực:
Bước 10: Vẽ biên dạng để tạo lỗ bắt Bulong của đầu to:
Bước 11: Tạo lỗ để bắt Bulong với nữa đầu to thanh truyền.
Bước 12: Sao chép Feature lỗ vừa tạo:
Bước 13: Chamfer và Fillet lại chi tiết.
Bước 14: Chọn Plane 1 tạo sketch vẽ đường tròn đường kính 2mm để tạo lỗ dầu.
Bước 15: Extrude cut đường tròn vừa vẽ đến mặt phẳng chọn
Bước 16: Chamfer lại lỗ dầu
1.2.2.Vẽ nửa đầu to thanh truyền:
Bước 1: Tạo Plane cách Front Plane 6mm
Bước 2: Tạo Plane khoảng cách 6mm từ Front Plane theo chiều ngược lại
Bước 3: Từ Font Plane tạo Sketch như hình bên dưới.
Bước 4: Tạo thêm 1 Sketch nữa trên Front Plane và vẽ biên dạng sau:
Bước 5: Trên Plane 1 vẽ sketch như hình sau:
Bước 6: Trên Front Plane vẽ Sketch như sau:
Bước 7: Dùng lệnh Loft và chọn các Sketch đã vẽ như sau:
Bước 9: Tạo một mặt phẳng cách mặt phẳng trước 1 khoảng 12mm để tạo nền phẳng cho các lần đùn hình bề mặt của đầu to thanh truyền Các công việc này sẽ được hướng dẫn trong các bước tiếp theo.
Bước 10: Tạo sketch và vẽ biên dạng trên Plane vừa tạo theo chi tiết thực như sau:
Bước 11: Extrude Boss/Base Sketch vừa tạo, Direction chọn Up to
Plane đến bề mặt cong của Bodies được tạo từ lệnh Loft ở trên.
Bước 12: Dùng lệnh Mirror Feature vừa tạo thông qua Front Plane.
Bước 13: Tạo sketch trên Top Plane theo biên dạng sau đây.
Bước 14: Extrude Sketch vừa tạo lên 7mm để tạo nên cho việc Extrude Cut lỗ
Bước 15: Tạo Sketch trên bề mặt khối vừa Extrude Boss/ Base như sau:
Bước 16: Sau đó Extrude Sketch vừa vẽ lên 13mm Mục đích định hình vị trí Extrude Cut Bulong.
Bước 17: Tạo Sketch trên bề mặt Extrude Boss/Base vừa tạo và Convert lại đường tròn.
Bước 18: Dùng Sketch đó để Extrude Cut Tạo đường dẫn cho nơi lắp Bulong.
Bước 19: Tạo Sketch Trên bề mặt Extrude Boss/Base để Extrude Cut tạo lỗ lắp
Bước 20: Tiến hành Extrude Boss/Base Sketch vừa tạo.
Bước 21: Mirror Feature đã chọn như hình bên dưới qua Right Plane.
Bước 22: Tạo Sketch trên Top Plane và vẽ biên dạng sau đây và Extrude Cut
Bước 23: Mirror Feature vừa tạo qua Right Plane.
Bước 24: Kiểm tra lại chi tiết vừa vẽ:
1.3 Xuất bản vẽ kĩ thuật:
THANH TRUYỀN
Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền mỏng
2.1.1 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu lực kéo:
Moment uốn tại tiết diện C-C:
Mj = MA + NA.ρ.(1 – cosγ) – 0,5.Pj.ρ.(sinγ – cosγ)
Lực kéo tại tiết diện C-C:
Nj = NA.cosγ + 0,5.Pj.(sinγ – cosγ)
Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết lắp ghép:
Lực kéo thực tế tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền:
Nk = ꭓ.Nj = 0,0096.13624 = 130,8 (N) Ứng suất uốn tổng cộng trên mặt ngoài:
74 Ứng suất uốn tổng cộng trên mặt trong:
2.1.2 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu lực nén :
Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực của lực khí thể và lực quán tính :
Momen uốn trên cung BC :
Lực pháp tuyến trên cung BC:
= −9953,5 (𝑁) Ứng suất mặt ngoài của tiết diện nguy hiểm nhất:
0,022.0,005 = 250 (𝑀𝑁/𝑚 2 ) Ứng suất mặt trong của tiết diện nguy hiểm nhất:
Trường hợp 1
trong khi đầu nhỏ bị cố định.
3.1.1.Các bước gán điều kiện đầu vào
Bước 1: Cố định đầu nhỏ thanh truyền
Bước 2: Gán lực kéo 30 KN ở đầu to thanh truyền
3.1.3.Nhận xét: Ứng suất kéo vừa đạt giới hạn Trường hợp này kém bền.
Trường hợp 2
Tải trọng kéo ở đầu Piston trong khi đầu chốt khuỷu bị cố định:
3.2.1.Gán điều kiện đầu vào:
Bước 1: Cố định đầu to thanh truyền
Bước 3: Lực quán tính tác động lên đầu nhỏ thanh truyền (Pj = 26179.8 N)
Vượt quá ứng suất tiêu chuẩn Trường hợp này kém bền.
Trường hợp 3
Tải trọng nén ở đầu chốt khuỷu trong khi đầu piston bị cố định
Bước 1: Cố định đầu nhỏ thanh truyền
Bước 2: Gán tải trọng nén ở đầu to thanh truyền (Pk = 30 KN)
3.3.3.Nhận xét: Ứng suất lớn nhất vẫn nằm trong giới hạn cho phép Trường hợp này đảm bảo điều kiện bền.
Trường hợp 4
Tải trọng nén ở đầu piston trong khi đầu trục khyuyr bị hạn chế
Bước 1: Cố định đầu to thanh truyền.
Bước 3: Gán lực nén ở đầu nhỏ thanh truyền:
3.4.3.Nhận xét: Ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép Trường hợp này đảm bảo điều kiện bền
TRỤC KHUỶU
TÍNH BỀN LÝ THUYẾT
2.1 Bảng số liệu đầu vào:
STT Thông số Giá trị (đơn vị)
2.2.1 Tính sức bền chốt khuỷu
Lực tác dụng lên chốt khuỷu :
2.2.2 Tính sức bền má khuỷu
2.2.3.Tính sức bền cổ trục khuỷu
2.3 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax
2.3.1 Tính toán sức bền chốt khuỷu
- Lực quán tính li tâm của đối trọng
- Lực quán tính li tâm của chốt khuỷu:
- Lực quán tính li tâm của khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu:
- Áp dụng phương trình cân bằng tĩnh học ta có:
Modul chống xoắn của chốt khuỷu:
𝑊 𝑘 = 0,2 𝑑 𝑐ℎ 3 = 0,2 0,054 3 = 3,15 10 −5 𝑚 3 Modul chống uốn của chốt khuỷu:
2 = 1,575 10 −5 𝑚 3 Ứng suất uốn của chốt khuỷu:
Lực pháp tuyến lớn nhất tại cổ trục số 3:
- Ứng suất uốn cổ trục:
- Ứng suất xoắn cổ trục:
0,018.0,08 = 13,5 𝑀𝑁/𝑚 2 Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với măt phẳng khuỷu trục (Y-Y)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Lực tiếp tuyến theo góc quay trục khuỷu
123 Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục (X-X)
= 27,75 𝑀𝑁/𝑚 2 Ứng suất tổng cộng khi má khuỷu chịu nén và chịu uốn:
2.4 Trường hợp trục khuỷu chịu lực tiếp tuyến Tmax
2.4.1 Tính sức bền của chốt khuỷu Đối với chốt hình trụ
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục:
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục:
- Ứng suất uốn tổng cộng:
- Ứng suất xoắn chốt khuỷu:
- Ứng suất tổng hợp sau khi chịu uốn và xoắn:
2.4.2.Tính sức bền của cổ trục khuỷu:
Trong quá trình tính toán sức bền, ta thường tính bền cố trục khuỷu bên phải vì cổ này chịu lực lớn hơn cổ bên trái
- Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’’ gây ra:
- Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T’’ gây ra:
- Ứng uốn suất tổng cộng :
- Ứng suất xoắn chốt khuỷu:
2.4.3.Tính sức bền của má khuỷu:
- Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’’ gây ra:
- Ứng suất uốn do lực 𝑃 𝑟2 gây ra: a= c Type equation here.
- Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T’’ gây ra:
- Ứng suất uốn do momen xoắn 𝑀′′ 𝑘 gây ra:
- Ứng suất xoắn do lực tiếp tuyến T’’ gây ra:
- Ứng suất nén má khuỷu :
3.2.1.Các bước gán điều kiện biên:
Bước 1: Gán lực máy ở kì nổ vào cổ khuỷu máy 1
Bước 2: Gán lực máy ở kì xả vào cổ khuỷu máy 2
Bước 3: Gán lực máy ở kì nén vào cổ khuỷu máy 3
Bước 4: Gán lực máy ở kì nạp vào cổ khuỷu máy 4
Bước 6: Cố định lại cổ khuỷu
Bước 7: Create Mesh (Đã thực hiện phía trên)
Bước 8: Run (Đã thực hiện phía trên)
3.2.3.Nhận xét: Ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép Trường hợp này đảm bảo điều kiện bền
3.3.1.Các bước gán điều kiện biên:
Chúng ta không cần gán lại từ đầu chỉ cần mở lệnh và sửa lực lại theo đúng thứ tự nổ và Run
3.3.3.Nhận xét: Ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép Trường hợp này đảm bảo điều kiện bền
3.4.1.Các bước gán điều kiện biên
Các bước tương tự như trên
3.4.3.Nhận xét: Ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép Trường hợp này đảm bảo điều kiện bền
3.5.1.Các bước gán điều kiện biên
Các bước thực hiện tương tự như đã làm phía trên
