BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ : NGHIÊN CỨU NHÓM PISTON ỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN..........................................................................................4 1) PISTON ....................................................................................................................4 1.1. Nhiệm vụ............................................................................................................4 1.2. Điều kiện làm việc .............................................................................................5 1.3. Vật liệu chế tạo ..................................................................................................5 2) XÉCMĂNG ..............................................................................................................7 2.1. Nhiệm vụ...............................................................................................................7 2.2. Điều kiện làm việc ................................................................................................7 2.3. Vật liệu chế tạo......................................................................................................7 3) CHỐT PISTON.........................................................................................................8 3.1. Trạng thái làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với chốt piston ................................8 3.2. Vật liệu chế tạo chốt piston...................................................................................9 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ....................................................10 1. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA PISTON...............................................................10 a, Đỉnh piston..........................................................................................................10 b, Đầu piston:..........................................................................................................13 c, Thân piston..........................................................................................................14 d, Chân piston .........................................................................................................14 2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA XÉCMĂNG.......................................................15 a, Kết cấu xécmăng khí .........................................................................................16 b, Kết cấu xécmăng dầu..........................................................................................17 3. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ KIỂU LẮP GHÉP CHỐT PISTON.......................17 CHƯƠNG 3 : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA NHÓM PISTON BẰNG TIẾNG ANH.21 1. Piston ...................................................................................................................21 2. Xecmang ............................................................................................................24 3. Gudgeon pin ........................................................................................................25 a, Uses.....................................................................................................................25 b, Working conditions ............................................................................................25 c, Fabrication Materials..........................................................................................25 d, Structure..............................................................................................................25 e, Plunger pin assembly method .............................................................................26
TỔNG QUAN
PISTON
Trong quá trình làm việc nhóm piston có các nhiệm vụ chủ yếu sau đây :
Xylanh và nắp xylanh bao kín tạo thành buồng cháy, ngăn chặn khí cháy lọt xuống cácte và dầu nhờn sục lên buồng cháy.
Trong quá trình hoạt động, lực khí thể được tiếp nhận và truyền đến thanh truyền, khiến trục khuỷu quay Khi xảy ra quá trình cháy và dãn nở, khí được nén trong chu trình nén, đồng thời nhóm piston hoạt động như một bơm hút đẩy, đảm bảo quá trình nạp và thải hiệu quả.
- Ngoài ra ở một số động cơ 2 kỳ, piston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp và thải của cơ cấu phối khí
Piston là một bộ phận thiết yếu của động cơ, chịu áp lực cơ học và nhiệt độ cao trong suốt quá trình hoạt động Những yếu tố này có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền và tuổi thọ của piston Điều kiện làm việc của piston rất khắc nghiệt, đòi hỏi thiết kế và vật liệu phù hợp để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy.
Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ
Lực khí thể, do lực quán tính tạo ra, có trị số lớn, có thể lên đến 10 ÷ 20 Mpa hoặc cao hơn, và thường biến thiên đột ngột Trong khi đó, lực quán tính cũng có trị số lớn từ 2 ÷ 3 Mpa và biến thiên theo chu kỳ Sự kết hợp của lực khí thể và lực quán tính gây ra va chạm, dẫn đến việc piston bị biến dạng và đôi khi bị hư hỏng hoàn toàn.
Áp suất lớn, có thể đến 120KG/cm 2 hoặc hơn nữa
Lưc quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ cao tốc
Nhiệt độ khí cháy trong động cơ có thể đạt từ 2200-2800 K, dẫn đến nhiệt độ đỉnh piston lên đến 500-800 K Sự gia tăng nhiệt độ này làm giảm sức bền của piston, gây ra hiện tượng bó kẹt và nứt, từ đó làm giảm hệ số nạp và có thể gây kích nổ, đặc biệt là ở động cơ xăng.
Ma sát lớn và ăn mòn hóa học
Do lực ngang N, ma sát giữa piston và xilanh rất lớn, khiến điều kiện bôi trơn trở nên khó khăn, thường chỉ được thực hiện bằng vung té, khó đảm bảo hiệu quả Thêm vào đó, piston còn phải chịu tác động của các sản phẩm cháy có tính ăn mòn, như hơi axit, dẫn đến hiện tượng ăn mòn hóa học.
Vật liệu chế tạo piston cần phải đảm bảo tính ổn định và độ bền lâu dài trong những điều kiện khắc nghiệt Thực tế cho thấy, piston thường được sản xuất từ các loại vật liệu sau đây:
Gang: Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu
- Ưu điểm : Có sức bền nhiệt và bền cơ học khá cao, hệ số giãn nở dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ
- Nhược điểm : Gang rất nặng nên lực quán tính của piston lớn Mặt khác, hệ số dẫn nhiệt nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao
Do đó, gang chỉ dùng chế tạo piston động cơ tốc độ thấp
- Ưu điểm : Có sức bền cao nên piston nhẹ
- Nhược điểm : hệ số dẫn nhiệt cũng nhỏ đồng thời khó đúc nên hiện nay ít được dùng
Vật liệu chế tạo piston có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm trọng lượng nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, và hệ số ma sát với gang thấp Những đặc tính này cùng với khả năng dễ đúc và gia công đã làm cho vật liệu này trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo piston.
Hợp kim nhôm có nhược điểm với hệ số giãn nở lớn, yêu cầu khe hở giữa piston và xylanh phải lớn để tránh tình trạng kẹt Điều này dẫn đến việc khí có thể lọt từ buồng cháy xuống hộp trục khuỷu, gây khó khăn trong việc khởi động động cơ và phát ra tiếng gõ khi piston thay đổi chiều Ngoài ra, hợp kim nhôm còn có khả năng chịu mòn kém, giá thành cao và sức bền giảm khi ở nhiệt độ cao.
Hợp kim nhôm đang trở thành vật liệu phổ biến nhờ những ưu điểm vượt trội Để khắc phục nhược điểm của hợp kim này, hiện có nhiều biện pháp như bổ sung nguyên tố để giảm hệ số giãn nở dài và tăng cường sức bền Bên cạnh đó, còn có các phương pháp cải tiến cấu trúc để nâng cao hiệu quả sử dụng.
XÉCMĂNG
Xéc-măng khí làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống cácte
Xéc-măng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy còn xéc-măng lửa làm kín buồng cháy
Xéc-măng khí được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiệt độ cao, áp suất va đập lớn và chịu ma sát mài mòn Bên cạnh đó, xéc-măng còn phải đối mặt với sự ăn mòn hóa học Trong quá trình lắp ráp, xéc-măng cũng chịu ứng suất uốn ban đầu khi được đặt vào rãnh của piston.
Với điều kiện làm việc của xéc măng như trên nên vật liệu chế tạo của xéc măng phải có đầy đủ các tính chất sau :
- Có tính chịu mài mòn tốt ở điều kiện ma sát tới hạn
- Có hệ số ma sát nhỏ đối với mặt xilanh
- Có sức bền, độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao
- Có khả năng rà khít với mặt xilanh một cách nhanh chóng
Xéc măng thường được chế tạo từ gang xám pha hợp kim, với xéc-măng đầu tiên chịu áp lực làm việc khắc nghiệt Để tăng cường độ bền, một số động cơ đã sử dụng xéc-măng được mạ crôm xốp với độ dày từ 0.03-0.06 mm, giúp tăng tuổi thọ lên gấp 3 lần Loại vật liệu này còn sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại vật liệu khác.
- Nếu mặt ma sát bị cào xước trong quá trình làm việc, vết xước sẽ mất dần và mặt ma sát hồi phục như cũ
- Graphit trong hợp kim gang có khả năng bôi trơn mặt ma sát, do đó làm giảm hệ số ma sát
- Ít nhảy cảm với ứng suất tập trung sinh ra ở những vùng có vết xước.
CHỐT PISTON
3.1 Trạng thái làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với chốt piston
Chốt piston là bộ phận quan trọng liên kết piston với thanh truyền, chịu lực tác động lớn và truyền lực cho thanh truyền Tuy có hình dạng đơn giản, chốt piston phải chịu tải trọng nặng, va đập mạnh và ma sát cao, dẫn đến nguy cơ mòn do khó khăn trong việc bôi trơn Chính vì vậy, chốt piston đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của máy móc.
9 toàn động cơ nên khi thiết kế người ta phải tuân theo các điều kiện kỹ thuật rất nghiêm ngặt như:
- Phải đảm bảo độ bền cao, ít biến dạng nhưng lại có khối lượng nhỏ
Bề mặt sản phẩm đạt chất lượng cao với độ chính xác hình học tuyệt đối và độ cứng bề mặt vượt trội, trong khi phần ruột lại có tính dẻo dai giúp chống mỏi hiệu quả Sản phẩm có độ bóng bề mặt cao, không có vết xước, giúp giảm thiểu ứng suất tập trung.
3.2 Vật liệu chế tạo chốt piston
Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của piston, vật liệu chế tạo chốt cần có sức bền cao, khả năng chống mòn tốt và giới hạn mỏi cao Thép hợp kim với thành phần cacbon thấp như thép 20Cr, 15CrM, 18CrNiM thường được sử dụng Các loại thép này cần được xử lý nhiệt qua quá trình thấm carbon và xianua hóa nhờ nitơ hóa để đạt độ cứng bề mặt cao, trong đó nitơ hóa thường sử dụng NH3, còn xianua hóa sử dụng NaCN hoặc hỗn hợp khác Đối với động cơ tốc độ trung bình, thép cacbon với thành phần cacbon trung bình như thép 35 cũng được ưa chuộng.
Chốt piston được chế tạo từ thép cacbon hoặc thép hợp kim với thành phần cacbon trung bình, sử dụng quy trình tôi cao tần Độ cứng bề mặt của chốt đạt từ 58 đến 65 HRC, trong khi độ cứng phần ruột dao động từ 26 đến 30 HRC Độ sâu lớp tôi đạt từ 1 đến 1,5 mm.
Chốt piston được chế tạo từ thép cacbon hoặc thép hợp kim với hàm lượng cacbon thấp, có lớp thấm than sâu từ 1 đến 2 mm Quá trình cao tần giúp bề mặt chốt đạt độ cứng từ 56 đến 62 HRC, trong khi độ cứng của phần ruột đạt từ 26 đến 30 HRC.
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA PISTON
Để phân tích kết cấu của piston, có thể chia nó thành các phần như đỉnh, đầu, thân và chân Mỗi phần có nhiệm vụ và đặc điểm riêng biệt Đỉnh piston, cùng với xylanh và nắp máy, tạo thành buồng cháy, và có nhiều kiểu dáng khác nhau tùy thuộc vào loại buồng cháy và động cơ Các loại đỉnh piston bao gồm đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm và đỉnh chứa buồng cháy.
Đỉnh bằng : Diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất, kết cấu đơn giản, thường được sử dụng ở động cơ diesel với buồng cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc
Đỉnh lồi có độ bền cao, thiết kế mỏng nhẹ nhưng lại có diện tích chịu nhiệt lớn, thường được sử dụng trong động cơ xăng 4 kỳ và 2 xupap treo, với buồng cháy hình chỏm cầu.
Hình 1.4 Cấu tạo piston đỉnh lõm
Lốc xoáy nhẹ có thể được tạo ra, giúp tăng cường quá trình hình thành hỗn hợp và cháy Mặc dù loại đỉnh này có sức bền kém, nhưng lại có khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với đỉnh bằng Nó được ứng dụng trong cả động cơ xăng và diesel.
Thường gặp trong động cơ diesel Đối với động cơ diesel có buồng cháy trên đỉnh piston, kết cấu buồng cháy phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:
- Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu để tổ chức tạo thành hỗn hợp tốt nhất
- Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén ( buồng cháy delta, omega, man…)
Hình 1.4a Các dạng đỉnh piston
Đầu piston có nhiệm vụ chính là bao kín và chứa rãnh xécmăng, với số lượng rãnh xécmăng khí từ 3 đến 5 và rãnh xécmăng dầu từ 1 đến 3 Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân, vì thân là phần dẫn hướng của piston Kết cấu đầu piston cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nhất định.
Bao kín buồng cháy là rất quan trọng để ngăn khí cháy lọt xuống các-te dầu và ngăn dầu từ các-te sục lên buồng cháy Có hai loại xéc-măng: xéc-măng khí và xéc-măng dầu Số lượng xéc-măng tùy thuộc vào loại động cơ; ví dụ, động cơ diesel sử dụng ba xéc-măng gồm xéc-măng lửa, xéc-măng khí và xéc-măng dầu Xéc-măng được lắp lỏng trong rãnh piston, cho phép chúng tự xoay trong rãnh, giúp giảm mòn cục bộ cho xylanh.
Tản nhiệt tốt cho piston truyền qua xéc-măng cho xylanh đến môi chất làm mát Để tản nhiệt tốt thường dùng các kết cấu đầu piston sau:
- Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn
- Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston
- Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xéc-măng thứ nhất
- Làm mát đỉnh pisston (bằng dầu )
Sức bền cao: để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta thiết kế các gân trợ lực
Có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh Chiều cao thân (h) được quyết định bởi điều kiện áp suất tiếp xúc do lực ngang
Vị trí tâm chốt được thiết kế để đảm bảo piston và xylanh mòn đều, giảm thiểu va đập và tiếng gõ khi piston thay đổi chiều Việc lệch tâm với đường tâm xylanh giúp giảm lực ngang N Tuy nhiên, khi piston chuyển động, lực ma sát sẽ khiến piston có xu hướng quay quanh chốt, dẫn đến áp suất nén của piston trên xylanh không còn phân bố đều.
Thân piston thường có dạng ôvan hoặc được vát hai đầu bệ chốt thay vì hình trụ, nhằm ngăn chặn tình trạng bị kẹt trong xi lanh khi piston bị biến dạng do lực khí thể Pz, lực ngang N và nhiệt tác dụng.
Hình 3.3 minh họa một kiểu kết cấu điển hình của chân piston, trong đó thân có vành đai nhằm tăng độ cứng vững Mặt trụ a và mặt đầu chân piston được coi là chuẩn công nghệ trong quá trình gia công, đồng thời là điểm điều chỉnh trọng lượng của piston để đảm bảo tính đồng đều giữa các xi lanh Đối với động cơ ô tô máy kéo, độ sai lệch về trọng lượng không vượt quá 0,2 ÷ 0,6%, trong khi đối với động cơ tĩnh và tàu thủy, giới hạn này là 1 ÷ 1,5%.
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA XÉC-MĂNG
Xéc măng có cấu trúc đơn giản, hình dạng như một vòng thép đàn hồi hở miệng Đường kính D của xéc măng tương ứng với đường kính ngoài khi lắp ghép trong xilanh Xéc măng bao gồm ba mặt: mặt 1 là mặt đáy, mặt 2 là mặt lưng và mặt 3 là mặt bụng Chiều dày của xéc măng được xác định bởi khoảng cách giữa hai mặt đáy.
Xéc măng được chia thành hai loại chính: xéc măng khí và xéc măng dầu, dựa trên nhiệm vụ của chúng Có hai dạng xéc măng là đẳng áp và không đẳng áp, tùy thuộc vào sự phân bố áp suất Xéc măng đẳng áp thường bị mòn không đều, đặc biệt ở khu vực miệng, trong khi xéc măng không đẳng áp được thiết kế đặc biệt để duy trì áp suất lớn hơn ở phần miệng, giúp giảm thiểu mòn sau thời gian sử dụng Vì vậy, xéc măng không đẳng áp đang ngày càng được ưa chuộng hơn trong ứng dụng hiện nay.
16 a, Kết cấu xéc-măng khí
Xéc-măng khí có thiết kế đơn giản với hình dạng vòng hở miệng, được đặc trưng bởi tiết diện và miệng xéc-măng Kết cấu này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
+ Về mặt tiết diện xéc-măng khí:
Tiết diện hình chữ nhật (hình b) là loại có kết cấu đơn giản nhất và dễ chế tạo, tuy nhiên, nó có áp suất riêng không cao và thời gian để rà khít với xylanh sau khi lắp ráp thường kéo dài.
Mặt côn hình C có khả năng tạo áp suất tiếp xúc lớn và nhanh chóng khớp với xylanh, nhưng quá trình chế tạo phức tạp và cần đánh dấu cẩn thận khi lắp đặt Điều này đảm bảo rằng khi xéc-măng hạ xuống, nó sẽ hoạt động như một lưỡi cạo gạt dầu hiệu quả.
Để tận dụng ưu điểm và tránh những phiền phức, người ta sử dụng kết cấu tiết diện không đổi xứng bằng cách tiện vát tiết diện xéc-măng Khi lắp các piston và xylanh, sức căng làm cho xéc-măng bị vênh, từ đó tạo ra tác dụng như một mặt côn.
Loại thang vát (hình f) giúp giữ muội than khi xéc-măng co bóp, nhờ vào đường kính xylanh không đồng đều theo phương dọc trục, từ đó ngăn chặn hiện tượng bó kẹt xéc-măng trong rãnh của nó Kết cấu miệng của thang vát cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất hoạt động của động cơ.
- Loại thẳng( hình g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí và xục dầu qua miệng Loại vát( hình h) có thể khắc phục phần nào những nhựơc điểm trên
- Loại bậc ( hình i) bao kín rất tốt nhưng khó chế tạo b, Kết cấu xécmăng dầu
Nếu chỉ sử dụng xéc-măng khí, hiện tượng bơm dầu lên buồng cháy có thể xảy ra qua khe hở giữa mặt đầu xéc-măng và rãnh xéc-măng khi piston thay đổi chiều chuyển động Điều này dẫn đến việc dầu bị cháy, tạo ra muội và tiêu hao nhiều dầu bôi trơn Xéc-măng có nhiệm vụ ngăn chặn dầu, đồng thời phân bố đều lên bề mặt xylanh Đặc biệt, xéc-măng dầu của piston có rãnh thoát dầu để hỗ trợ quá trình này.
Hình : Xéc-măng dầu tổ hợp
Kết cấu xéc măng dầu bao gồm nhiều loại khác nhau như tiết diện hình thang, lưỡi dao và tổ hợp Những dạng xéc măng này được thiết kế nhằm nâng cao áp suất tiếp xúc trên vách xilanh, từ đó cải thiện hiệu suất làm việc của động cơ.
Xéc-măng dầu tổ hợp được cấu tạo từ ba chi tiết riêng biệt, với lò xo hình sóng ép hai vòng thép mỏng lên mặt dầu của rãnh, giúp loại bỏ khe hở mặt dầu trong quá trình hoạt động Nhờ đó, xéc-măng dầu tổ hợp không chỉ ngăn chặn rò rỉ dầu hiệu quả mà còn giảm thiểu va đập, mang lại hiệu suất hoạt động tốt hơn.
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ KIỂU LẮP GHÉP CHỐT PISTON
Chốt piston có hình dạng đơn giản, thường là hình trụ rỗng Kích thước lỗ rỗng được điều chỉnh nhằm đảm bảo sức bền đồng đều cho tiết diện.
18 piston chỉ khác nhau ở phần ruột Dưới đây là hình vẽ một số dạng ruột piston thường dùng:
Chốt piston hình trụ rỗng dễ chế tạo, trong khi các dạng chốt côn phức tạp hơn nhưng nhẹ hơn và có sức đồng đều hơn Do đó, các loại chốt côn thường được sử dụng trên động cơ cao tốc.
Kích thước đường kính ngoài của chốt được thiết kế theo tâm chuẩn hệ trục để đảm bảo lắp ghép đạt yêu cầu kỹ thuật và khe hở giữa chốt piston với bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền Việc lắp ghép chốt piston thường được thực hiện theo ba kiểu khác nhau, trong đó có kiểu cố định chốt piston trên bệ chốt piston.
Chốt cần được lắp tự do trên thanh truyền và cố định trên bệ chốt bằng một hoặc nhiều bulong Phương pháp lắp ghép này có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Việc không cần bôi trơn cho bệ chốt cho phép rút ngắn chiều dài của bệ, từ đó tăng chiều rộng đầu nhỏ của thanh truyền và giảm áp suất tiếp xúc của mối ghép.
- Độ võng của chốt tăng lên
- Trên bệ chốt phải khoan lỗ ren nên gây ứng suất tập trung và do chốt piston cũng phải khoan lỗ nên khi nhiệt luyện thường bị lỗ
- Chốt mài mòn không đều, vùng chịu lực của chốt không thay đổi nên chốt dễ bị mỏi
Để cân bằng momen lắc piston, cần thiết phải thiết kế chốt piston với độ dày khác nhau ở hai đầu Đồng thời, việc cố định chốt ở đầu nhỏ của thanh truyền cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Khi lắp chốt piston, cần đảm bảo chốt được lắp tự do trên bệ và được cố định chắc chắn trên đầu nhỏ của thanh truyền bằng bulong Phương pháp lắp ghép này có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
- Do chốt cố định trên đầu nhỏ thanh truyền nên có thể giảm chiều dài đầu nhỏ và không cần bôi trơn bạc và đầu nhỏ
- Ta có thể tăng chiều dài của bệ chốt piston để cải thiện điều kiện bôi trơn và giảm mô men uốn chốt do khoảng cách gối tựa giảm
- Mài mòn không đều và miền chịu lực cố định nen chốt dễ bị mỏi
Đối với piston làm bằng hợp kim nhẹ, phương pháp lắp ghép yêu cầu khe hở bệ chốt lớn, dẫn đến hiện tượng gõ chốt khi máy nóng Để khắc phục tình trạng này, cần ép bạc lót đồng vào bệ chốt Trong khi đó, piston gang không cần lót bạc do hệ số dãn dài nhỏ, cho phép lắp tự do cả hai mối ghép.
Trong quá trình làm việc, chốt piston có khả năng xoay tự do quanh đường tâm do không có kết cấu hãm tại hai mối ghép Khi lắp ráp, mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, trong khi mối ghép với bệ chốt được coi là mối ghép trung gian, có độ dôi từ 0.01 đến 0.02 mm đối với động cơ ô tô máy kéo.
Phương pháp lắp ghép này có những ưu , nhược điểm sau:
Chốt có khả năng xoay tự do quanh trục của nó, giúp cho bề mặt tiếp xúc mòn đều và kéo dài tuổi thọ Nhờ vào việc chốt xoay, mặt chịu lực liên tục thay đổi, điều này làm cho chốt có khả năng chịu mỏi tốt hơn.
Nếu chốt bị kẹt do tạp chất cơ học hoặc biến dạng, nó vẫn có thể hoạt động bình thường giống như khi được lắp cố định.
Khi lắp đặt chốt với bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền, cần chọn khe hở hợp lý để tránh va đập khi máy nóng, đặc biệt là đối với piston nhôm Thông thường, trong trạng thái nguội, mối lắp ghép giữa chốt và bệ chốt piston nhôm có độ dôi khoảng 0,01 – 0,02 mm Điều này cho phép bệ chốt giãn nở khi làm việc, giúp chốt tự xoay một cách linh hoạt.
- Do chốt tự xoay được nên phải hạn chế không cho chốt di chuyển dọc trục để không cào xước bề mặt gương xy lanh
Để đảm bảo hiệu suất hoạt động của chốt xoay tự do, cần phải thực hiện việc bôi trơn cho cả bệ chốt và đầu nhỏ của thanh truyền Việc bôi trơn chốt piston có thể được thực hiện thông qua hai phương pháp: bôi trơn cưỡng bức hoặc hứng dầu từ các giọt dầu rơi xuống.
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA NHÓM PISTON BẰNG TIẾNG ANH 21 1 Piston
Xec-mang
The ring features a simple texture and is shaped from steel, with its outer diameter (D) defined in the assembled state within the cylinder It consists of three distinct faces: face 1 (the bottom), face 2 (the back), and face 3 (the belly), with the ring's thickness measured between the two bottom faces Cement rings are categorized into two types: gas rings and oil rings, which are further classified based on pressure distribution into isotensive and non-isotensive rings Isotensive rings experience uneven wear, particularly at the mouth area, while non-isotensive rings maintain a specific shape and are manufactured through specialized methods to withstand higher oral pressure Despite some pressure reduction at the mouth over time, non-isotensive rings are increasingly preferred due to their durability compared to isotropic rings.
The cuff features a simple design characterized by a structured open ring and a rectangular cross-section, which makes it easy to fabricate but results in low specific pressure and prolonged cylinder clearance after assembly In contrast, the taper face type offers high contact pressure and facilitates quick fitting to the cylinder, although its construction is more complex and requires careful marking to ensure effective oil sealing Additionally, the straight mouth structure is user-friendly and straightforward.
25 fabricate, but easy to leak air and pass oil through the mouth Beveled type can partially overcome the above points b, Structure tear oil:
When a gas ring is present, oil is introduced into the combustion chamber through the ring head opening as the piston changes direction, leading to combustion that generates soot and consumes significant lubricating oil The oil ring plays a crucial role in preventing oil from escaping and ensuring even distribution across the cylinder surface Additionally, the oil ring is designed with an oil drain groove and comes in various structures, including trapezoidal sections and blades, all aimed at increasing contact pressure against the cylinder wall.
Gudgeon pin
The plunger latch (plunger accumulator) acts as a hinge connecting the plunger with the small end of the rod b, Working conditions
The plunger pin experiences rapid wear due to the combined effects of combustion gas force, translational inertia force, and high operating temperatures, which complicate lubrication efforts Consequently, selecting appropriate fabrication materials is crucial to enhance the durability and performance of the plunger pin in demanding working conditions.
The plunger fastener is constructed from alloy steel and undergoes heat treatment, grinding, and polishing to enhance its surface wear resistance This design ensures that, while the exterior is durable, the interior remains flexible enough to accommodate load variations and impacts.
Most plunger pins have a simple structure of hollow cylinder or cylindrical outside, while the inside surface is straight hole, step hole, cone hole to reduce weight
Fixed to the plunger with a brake screw
By eliminating the need for lubrication on the pin base, the length of the pin base can be reduced, which in turn allows for a wider rod end and decreases contact pressure.
This method offers the benefit of minimizing wear and sagging; however, it may lead to uneven wear or knocking sounds Therefore, it is advisable to use it exclusively with plungers constructed from cast iron and equipped with copper bearings.
The fixed mounting with a bolt-on small end requires the plunger pin to be installed freely within the pin base By narrowing the width of the small end of the rod, the length of the pin base can be increased, which reduces contact pressure However, this modification results in minimal changes to the bearing plane of the pin, leading to poor fatigue resistance and uneven wear of the plunger pin Additionally, the significant deflection and the complexity of fabrication and assembly make this method rarely used.
Free mounting, often referred to as swim fitting, allows the plunger pin to remain unfixed at both the tip of the rod and the pin base This design enables the plunger pin to rotate freely around its centerline during operation.
High temperatures during operation cause the aluminum alloy plunger to expand more than the steel plunger pin, resulting in a gap that allows the pin to rotate freely This rotation alters the bearing plane, leading to more even wear and improved fatigue resistance Consequently, this assembly method is widely adopted in modern applications.
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Môn : Kết cấu động cơ
GVHD : Nguyễn Tuấn Nghĩa Nhóm: 04
Nguyễn Văn Dương Thạch Văn Huệ Quang Đức Giang Nguyễn Duy Hùng Trần Chí Hiến
7.8.4 Xây dựng mô hình và khuôn mẫu
Khi tạo mô hình đúc, lõi và khuôn dập, các bộ phận được phát triển từ dữ liệu CAD 3D trong quy trình CAD/CAM, giúp tăng cường khả năng tái tạo dữ liệu hình học và linh hoạt trong việc phản ứng với thay đổi Việc thiết kế đầu trụ yêu cầu tất cả các mô hình CAD từ mô hình đúc thô đến thành phần gia công hoàn chỉnh phải được truy xuất Hệ thống quản lý dữ liệu cần được thiết lập cẩn thận để đảm bảo tính minh bạch và thông báo kịp thời về các thay đổi cho tất cả các bên liên quan Cửa hàng mô hình sẽ chỉ định các chi tiết như tách khuôn, bản nháp và co ngót đúc, đồng thời tính đến các biến dạng trong quá trình đúc trong mô hình CAD Sự trao đổi kinh nghiệm sớm với các kỹ sư sẽ mang lại lợi ích lâu dài, trong khi các hoạt động xây dựng mô hình sẽ khác nhau tùy thuộc vào việc thiết kế cho nguyên mẫu hay sản xuất hàng loạt và lựa chọn quy trình đúc.
Quá trình đúc cát áp suất thấp của Becker Company rất phù hợp cho sản xuất nhỏ và nguyên mẫu Hình 7-85 minh họa phích cắm lõi và gói lõi áo nước, với đường viền đóng vai trò là điểm khởi đầu cho mô hình Các khu vực của thành phần đúc được biểu diễn dưới dạng mô hình dương trong công cụ khuôn lõi, bao gồm các phần như buồng đốt, kênh nạp và xả, và khu vực ổ trục cam Tất cả các công cụ cốt lõi được trang bị bề mặt bịt kín và điểm đánh dấu lõi để căn chỉnh chính xác Lõi được phay CNC từ nhựa dẻo đặc biệt trong vài ngày dựa trên dữ liệu 3-D, sau đó được đổ đầy cát và nhựa liên kết, chữa khỏi nhanh chóng mà không cần điều trị thêm Lõi cát tái sử dụng thể hiện đường viền âm của phần đúc cuối cùng, với lõi sinter laser cát có thể được tạo ra trực tiếp từ dữ liệu CAD 3D mà không cần công cụ khuôn lõi Các lõi cho áo nước hoặc khoang chứa dầu rất thích hợp cho quá trình này do chi phí và thời gian sản xuất công cụ khuôn lõi cao Cuối cùng, các phân đoạn lõi được lắp ráp thành gói lõi, và vật liệu nóng chảy được đổ xung quanh trong quá trình đúc áp suất thấp, với mỗi gói lõi chỉ sử dụng cho một lần đúc.
BMW sản xuất động cơ 8 xi-lanh bằng quy trình đúc áp suất thấp, sử dụng lõi cát và khung cốt lõi bằng thép cho sản xuất hàng loạt Khoảng trống giữa các phân đoạn lõi được lấp đầy bằng nhôm nóng chảy Trong giai đoạn phát triển, các lõi cát được tạo ra như mô hình tạo mẫu nhanh để đánh giá hình học tổng thể Hình minh họa cho thấy tấm buồng đốt màu xám đen, bên phải là cốt lõi cho trường hợp chuỗi thời gian, và phía trước là gói lõi kênh xả vào lõi áo nước, cùng với lõi cho khoang chứa dầu nằm phía trên.
7.8.5 Gia công và đảm bảo chất lượng
7.8.5.1 Sản xuất hàng loạt Đầu xi lanh được gia công trong các hoạt động sản xuất hàng loạt trên dây chuyển hoặc tại các trung tâm gia công được liên kết, giúp phản ứng linh hoạt hơn với các thay đổi Xu hướng gia công tại các trung tâm gia công tuần tự đang nổi lên Tại đây, thành phần thô đi qua một số trạm gia công, nối tiếp nhau Mỗi trạm cần tuân thủ thời gian chu kỳ quy định Để hạn chế chi phí đầu tư tổng thể cao, càng nhiều giai đoạn gia công càng tốt được thực hiện tại bất kỳ trạm nào Khi phát triển đầu xi lanh, các nhà lập kế hoạch sản xuất nên được tích hợp vào dự án theo các nguyên tắc của kỹ thuật đồng thời để tính đến nhu cầu sản xuất ngay từ sớm, tất cả đều nhằm mục tiêu đạt được hiệu quả kinh tế Các thay đổi đối với đầu xi lanh phải được thực hiện hồi tố tại các dây chuyển rất tốn kém và mất thời gian vì toàn bộ quá trình sản xuất phải bị gián đoạn Do nhu cầu được tìm thấy trong sản xuất hàng loạt, thường cần phải áp dụng các thỏa hiệp ở đầu xi lanh hạn chế vĩ độ thiết kế của các nhà phát triển
Các trung tâm gia công là thiết bị quan trọng trong sản xuất nhỏ và chế tạo nguyên mẫu, thường bao gồm các máy công cụ tiêu chuẩn hóa với khả năng lập trình linh hoạt, mang lại hiệu suất cao hơn so với sản xuất hàng loạt Đặc biệt, trong một số trường hợp, buồng đốt được gia công để cải thiện sự đồng nhất trong quá trình đốt cháy, cho phép gia công các vùng chuyển tiếp từ các cổng trao đổi khí sang buồng đốt và các hình dạng cổng hoàn chỉnh.
7.8.5.3 Đảm bảo chất lượng cho đầu xi lanh
Hỏng đầu xi lanh tại hiện trường có thể dẫn đến hư hỏng hoàn toàn động cơ, vì vậy việc đảm bảo chất lượng cao trong quá trình đúc và gia công là rất quan trọng Toàn bộ đầu xi lanh phải được kiểm tra 100% về độ rò rỉ, và quy trình kiểm tra điểm bằng cách đo các thành phần là tiêu chuẩn trong kiểm soát chất lượng Giảm thiểu tỷ lệ loại bỏ trong sản xuất là bắt buộc Công nghệ chụp cắt lớp có sự hỗ trợ của máy tính, thường được áp dụng trong y học, cũng có thể được sử dụng để kiểm tra đầu xi lanh và độ dày của thành, đảm bảo rằng các thành phần tuân thủ các hình dạng và kích thước được chỉ định, đặc biệt là đối với các bức tường mỏng khoảng 2,5 mm theo yêu cầu của động cơ đua nhằm giảm trọng lượng.
Hình 7-88 minh họa các phép đo kiểm tra xác nhận cho đầu trụ sử dụng đơn vị đo tọa độ, cho phép đo kênh bên trong hình học Bề mặt kênh có thể được lần theo từng điểm để tạo thành các cụm điểm riêng lẻ, giúp phát hiện sai lệch so với hình học trong bản ghi dữ liệu CAD Việc truyền các điểm này tới hệ thống CAD không chỉ hỗ trợ trong việc mô phỏng dòng chảy ba chiều mà còn đặc biệt quan trọng trong động cơ phun xăng trực tiếp, nơi những sai lệch nhỏ về kích thước có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ.
7.8.6.1 Đầu xi lanh cho động cơ xăng Động cơ bốn chu kỳ được thảo luận ở đây Các đầu xi lanh được minh họa ở đây cung cấp sự lựa chọn từ vô số các khái niệm về hệ thống van được tìm thấy trên thị trường, có ảnh hưởng có thể thay đổi được đối với hình học đầu Ví dụ đầu tiên trong Hình 7-89 cho thấy một đầu xi lanh hai van với các bộ theo cam lăn do BMW sản xuất Khái niệm đầu xi-lanh nhỏ gọn này được sử dụng trong động cơ bốn và mười hai xi-lanh Đầu của động cơ V-12 được trình bày ở đây được thiết kế để có thể đảo ngược và do đó giống hệt nhau cho cả hai khối xi lanh Để giảm thiểu ma sát, bộ theo cam con lăn làm bằng precision đúc được sử dụng Sự lựa chọn này làm giảm ma sát trong ống van tới 70% khi so sánh với đầu xi lanh không có con lăn, được sử dụng trước đây Để hạn chế về trọng lượng, trục cam rỗng đã được phát triển bằng quy trình do Công ty Süko nghĩ ra
