Doan-Đã Chuyển Đổi.pdf

1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp ôtô hiện nay đang phát triển mạnh, nó là một ngành công nghiệp có vai trò quan trọng trong nền kinh tế của một đất nước Chính vì vậy việc đào t[.]

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

… ……… ………….………

……… ……… ………….…

……… ……… ………

….……… ……… …

……….……… ………

… ………….……… ………

……… ………….……… ………

……… ………….……… …………

……… ………….……… ……

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

……… ………….………

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp ôtô hiện nay đang phát triển mạnh, nó là một ngành công nghiệp có vai trò quan trọng trong nền kinh tế của một đất nước Chính vì vậy việc đào tạo kỹ sư trong nghành cũng hết sức quan trọng trong khi đó môn học “lý thuyết ôtô” chiếm vi trí quan trọng trong trương trình đào tạo kỹ sư nghành ôtô máy kéo Môn học

“lý thuyết ôtô” cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản thuộc lĩnh vực lý thuyết ôtô, liên quan đến sự phát triển của nghành ôtô trong sự đổi mới của đất nước hiện nay Đồng thời cũng đề cập đến các vấn đề liên quan đến sự phát triển kỹ thuật mới của ngành ôtô trên thế giới hiện nay

Nhận thấy tầm quan trọng và cần thiết của môn học này nên khoa động lực của trường ĐHSPKT Hưng Yên đã giao cho các sinh viên của mình nhiệm vụ làm đồ án tính toán thiết kế ôtô về “lý thuyết ôtô” việc tính toán thiết kế lý thuyết ôtô đã giúp các sinh viên hiểu rõ hơn và sâu sắc hơn về các bộ phận chi tiết của ôtô điều đó đảm bảo cho sự an toàn khi xe chuyển động, sự tiết kiệm nhiên liệu hay tính kinh tế khi vận hành được dễ dàng hơn

Em xin cám ơn khoa động lực của trường ĐHSPKT Hưng Yên và đặc biệt là thầy Khổng Văn Nguyên đã giúp đỡ và chỉ bảo tận tình cho em hoàn thành bản thiết kế

đồ án môn học về “Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston” sau đây là bản thiết kế đồ

án của em

Em chân thành cảm ơn!

Hưng Yên; ngày tháng … năm, 2019

Sinh viên thực hiện

Hà Minh Quân

MỤC LỤC

trang

Lời nói đầu……… ………… ……… 2

Phần I: Mô tả chung về Piston, chốt Piston và Xec măng……… … …… 5

1.1 Piston……….………… 5

1.1.1 Nhiệm vụ……….……… 5

1.1.2 Điều kiệm làm việc……… ……… 5

1.1.3 Vật liệu chế tạo Piston……… ……….… 5

1.1.4 kết cấu của Piston……… ……… … 5

1.2 Chốt Piston……… ……… 9

1.2.1.Nhiệmvụ……… ……… …….9

1.2.2 Điều kiện làm việc……… …9

1.2.3 Vật liệu chế tạo……… ….9

1.2.4 Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt piston……….… 9

1.3 Xéc măng……… ……… ….11

1.3.1 Nhiệm vụ……… ……… … 11

1.3.2 Điều kiện làm việc của xéc măng……… ……… 11

1.3.3 Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xéc măng……… ……… 11

1.3.4 Kết cấu của xéc măng……… ……… ……12

Phần II:

2.1 Thông số ban đầu, thông số chọn và thông số tham khảo của piston, chốt và xéc măng……….……….14

2.2 Tính toán kiểm nghiệm bền cho Piston……… …….17

2.2.1 Điều kiện tải trọng……… ………17

2.2.2 Tính sức bền của đỉnh piston……….……… … 18

2.2.3 Tính toán sức bền đầu Piston……… ………… ……….18

2.2.4.Tính sức bền của thân Piston……… ………… …… 20

2.2.5.Tính sức bền bệ chốt Piston……… ………… 22

3.1.Tính kiểm nghiệm bền xéc măng……….……….…………26

3.1.1 Ứng suất uốn ……….27

3.1.2 Ứng suất lắp ghép xéc măng vài piston……… ……… 27

3.1.3 Ứng suất khi gia công định hình ……… ………28

3.1.4.

Phần kết luận……….… …… 29

Tài liệu tham khảo……… …… …… 30

- Cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thành buồng cháy

- Đồng thời trưyền lực của khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén hỗn hợp khí- nhiên liệu

- Ngoài ra ở môt số động cơ hai kỳ, Piston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp

và thải của cơ cấu phối khí

1.1.2 Điều kiện làm việc

Do điều kiện làm việc của Piston rất khắc nghiệt, cụ thể là:

a Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ

-Áp suất lớn, có thể đến 120 kg/cm2 hoặc hơn nữa

- Lực quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ cao tốc

b Tải trọng nhiệt

Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ (khoảng 900 – 1100oK) nên nhiệt độ phần đỉnh Piston có thể đến (khoảng 500 – 800oK) Do nhiệt độ cao, pittông bị giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ…., làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ

c Ma sát và ăn mòn hoá học

Do lực ngang N nên giữa Piston và xylanh có ma sát lớn Điều kiện bôi trơn tại đây rất khó khăn, thông thường chỉ bằng vung té nên khó bảo đảm bôi trơn hoàn hảo.Mặt khác do thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có các chất ăn mòn như hơi các axít nên Piston còn chịu ăn mòn hóa học

1.1.3 Vật liệu chế tạo Piston

Vật liệu chế tạo Piston phải đảm bảo cho Piston làm việc ổn định và lâu dài trong những điều kiện làm viêc khắc nghiệt đã nêu trên Trong thực tế một số vật liệu sau đây được dùng để chế tạo Piston:

- Gang: Thường dùng gang xám, gang dẻo, gamg cầu Gang có sức bền nhiệt và bền

cơ học khá cao, hệ số giãn dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ

- Hợp kim nhôm: hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ

số ma sát với gang nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên được dùng khá phổ biến để chế tạo Piston

1.1.4 Kết cấu của piston

Piston gồm có 4 phần chính:

Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu piston

- Đỉnh lồi (hình 1.2.b, c) Có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền dưới đỉnh nên trọng lượng của Piston nhỏ hơn nhưng diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ của đỉnh thường cao hơn đỉnh bằng Loại đỉnh lồi thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy

a b c

d e f

g h i

chỏm cầu, xu páp treo (như động cơ Craysow, plinut…) và trong các động cơ xăng hai

kỳ công suất nhỏ như PD-10, Solex…

- Đỉnh lõm (hình 1.2.d), có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình

thành khí hỗn hợp và cháy Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn so

với đỉnh bằng Loại đỉnh này dùng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel

- Đỉnh chứa buồng cháy là loại đỉnh thường gặp trong động cơ diesel Đối với động

cơ diesel có buồng cháy trên đỉnh Piston, kết cấu buồng cháy phải thoả mãn điều kiện

sau đây tùy trường hợp cụ thể:

Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia nhiên liệu để tổ

chức tạo thành hỗn hơp tốt nhất.(hình 1.2 e)

Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén, hình (1.2 c,f):

buồng cháy omega; hình (1.2 g) buồng cháy đenta; hình (1.2 h) buồng cháy MAN

b Đầu Piston

Đường kính đầu Piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân Piston là phần

dẫn hướng của Piston Kết cấu đầu Piston phải bảo đảm những yêu cầu sau:

- Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cácte dầu và dầu bôi

trơn từ các te sục lên buồng cháy Thông thường người ta dùng xécmăng để bao kín Có

hai loại xécmăng là xécmăng khí để bao kín buồng cháy và xécmăng dầu để ngăn dầu

sục lên buồng cháy Số xécmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ:

Động cơ xăng : 3 – 4 xécmăng khí, 1 – 2 xécmăng dầu

Động cơ diesel tốc độ thấp : 5 – 7 xécmăng khí, 1 – 4 xécmăng dầu

Tản nhiệt tốt cho xécmăng vì phần lớn nhiệt của Piston truyền qua xécmăng cho

xylanh đến môi chất làm mát Để tản nhiệt tốt cho Piston 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

Tạo rãnh ngăn nhiệt ở đầu Piston để giảm nhiệt lượng truyền cho xécmăng thứ

nhất(1.3.a)

Làm mát đỉnh Piston

Hình 1.3:Rãnh ngăn nhiệt ở phần đầu piston

Vấn đề sức bền: Tăng bền cho phần đầu Piston chủ yếu bằng các gân dưới đỉnh và gân nối liền với bệ chốt, cần phải lựa chọn kiểu gân hợp lý để dễ thao tác khi đúc Piston

c Thân piston

Tác dụng của thân Piston là dẫn hướng cho Piston chuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xylanh và chịu lực ngang N Khi thiết kế phần thân Piston thường phải giải quyết những vấn đề sau:

- Chiều dài của thân Piston

- Chiều dài của thân Piston được quyết định bởi điều kiện áp suất tiếp xúc, do lực ngang N gây ra, phải nhỏ hơn áp suất tiếp xúc cho phép

- Vị trí của lỗ bệ chốt

- Vị trí tâm chốt được bố trí sao cho Piston và xylanh mòn đều, đồng thời giảm va đập và gõ khi Piston đổi chiều Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm xylanh một giá trị về phía nào đó sao cho lự ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực N của Piston và xylanh mòn đều

Trạng thái biến dạng của Piston giới thiệu trên hình 4

Hình 1.4: Trạng thái biến dạng của thân piston

Hình 1.4.a là trạng thái biến dạng của thân Piston khi chịu nhiệt độ cao Do kim loại tập trung ở phần bệ chốt nên khi chịu nhiệt thân Piston giãn nở theo đường tâm chốt

Hình 1.4.b là trạng thái biến dạng của thân Piston khi Piston chịu lực khí thể Áp suất khí thể uốn cong đỉnh làm thân bị biến dạng cũng theo phương đường tâm chốt

Hình 1.4.c là trạng thái biến dạng của pittông khi thân chịu tác động của lực ngang N Chiều biến dạng trùng với phương đường tâm chốt

Để khắc phục tình trạng bó Piston người ta thường dùng các biện pháp thiết kế sau:

Chế tạo thân Piston có dạng ô van, trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt Tiện vát hoặc đúc lõm ở hai đầu bệ chốt chỉ để lại một cunng khoảng 900 -100 0 để chịu lực mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực

N

a b c

Xẻ các rãnh chữ T, chữ U ngược hoặc rãnh ngang trong rãnh xéc măng dầu Đúc gắn miếng hợp kim inva vào vùng bệ chốt để hạn chế giãn nở của vùng bệ chốt

Do trạng thái nhiệt của Piston giảm dần từ phía đỉnh xuống đến chân Piston nên khe hở giữa Piston và xylanh cũng giảm dần

d Chân piston

Chân Piston thường có vành đai để tăng độ cứng vững của vùng mặt trụ ở vành đai này thường là chuẩn công nghệ khi gia công pittông và là nơi điều chỉnh trọng lượng của Piston khi phân nhóm lắp ráp Sai lệch về trọng lượng của các Piston trong cùng một nhóm không vượt quá (0,2-0,6)% đối với động cơ ô tô

1.2 Chốt Piston

1.2.1 Nhiệm vụ

Chốt Piston là chi tiết nối Piston với thanh truyền và truyền lực tác dụng trên Piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu Vì vậy tuy là một chi tiết máy có kết cấu đơn giản nhưng lại rất quan trọng, yêu cầu có độ bền và độ tin cậy rất cao

1.2.2 Điều kiện làm việc

Chốt Piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn

1.2.3 Vật liệu chế tạo

Để đảm bảo độ tin cậy cao, người ta thường dùng các loại thép hợp kim thành phần các bon thấp để chế tạo chốt Piston như 20Cr; 15CrM; 18CrNiM… Để tăng độ cứng vững cho bề mặt, tăng sức bền mỏi chốt được thấm than, xianua hoá, hoặc tôi cao tần và được mạ bóng

1.2.4 Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt Piston

a Kết cấu

Kết cấu của chốt Piston rất đơn giản, đều có dạng hình trụ rỗng để cho nhẹ Các chốt chỉ khác nhau ở phần ruột, cụ thể:

hở lắp ráp với đầu nhỏ thanh truyền

Khi đó chốt phải được lắp tự do trên bệ chốt Do không phải giải quyết vấn đề bôi

trơn của mối ghép với thanh truyền nên có thể thu hẹp bề rộng đầu thanh truyền và như

vậy tăng được chiều dài bệ chốt, giảm được áp suất tiếp xúc –mòn tại đây

- Cố định chốt Piston trên bệ chốt (hình 1.6.b)

Khi đó chốt phải được lắp tự do trên thanh truyền Cũng giống như phương pháp

trên do không phải giải quyết vấn đề bôi trơn cho bệ chốt nên có thể rút ngắn chiều dài

của bệ để tăng chiều rộng đầu nhỏ thanh truyền, giảm được áp suất tiếp xúc của mối

ghép này Tuy nhiên mặt phẳng chịu lực của chốt ít thay đổi nên tính chịu mỏi của chốt

kém

Lắp tự do ở cả hai mối ghép (hình 1.6.c)

Khi lắp ráp, mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn

mối ghép với bệ chốt Piston là mối ghép trung gian có độ dôi 0.01 – 0.02 mm đối với

động cơ ô tô Trong qúa trình làm việc do nhiệt độ cao, Piston làm bằng hợp kim nhôm

giãn nở nhiều hơn chốt Piston nên chốt Piston có thể tự xoay Khi đó mặt phẳng chịu

lực thay đổi nên chốt Piston mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn Vì vậy phương pháp này

được dùng khá phổ biến hiện nay Tuy nhiên phải giải quyết vấn đề bôi trơn ở cả hai

mối ghép và phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt, thông thường dùng

vòng hãm hoặc nút kim loại mềm có mặt cầu

Do mối ghép động nên phải giải quyết vấn đề bôi trơn cho các mối ghép này bằng

cách khoan lỗ để dẫn dầu cho xéc măng dầu gạt về hoặc khoan lỗ hứng dầu Đối với

thanh truyền, để bôi trơn người ta có thể dùng lỗ hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức kết

hợp với làm mát đỉnh Piston bằng dầu có áp suất cao dẫn từ trục khuỷu dọc theo thân

thanh truyền

1.3 Xéc măng

1.3.1 Nhiệm vụ

Như đã trình bày ở phần đầu Piston, xéc măng khí làm nhiệm vụ bao kín tránh lọt

khí còn xéc măng dầu ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

1.3.2 Điều kiện làm việc của xéc măng

Cũng như Piston xéc măng chịu tải trọng cơ học lớn, nhất là xéc măng đầu tiên

Ngoài ra xéc măng còn chịu lực quán tính lớn có chu kỳ và va đập Đồng thời phải kể

đến nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hoá học và ứng suất uốn ban đầu khi lắp xéc măng

vào rãnh Piston

1.3.3 Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xéc măng

Do điều kiện làm việc của xéc măng rất khắc nhiệt, nên vật liệu chế tạoxéc măng là gang xám pha hợp kim, như niken,molipden,crôm,vôphram…Nhất là xécmăng khí đầu

tiên, được mạ crôm xốp có chiều dầy từ 0,03-0,06 mmcó thể tăng tuổi thọ của xéc măng

này nên 3- 3,5 lần

1.3.4 Kết cấu của xéc măng

Xéc măng có kết cấu rất đơn giản Nó có dạng một vòng tròn hở miệng như hình vẽ Kết cấu của xéc măng được đặc trưng bằng kết cấu của tết diện và miệng xéc măng

- Loại tiết diện hình chữ nhật(hình 1.7.b): Là loại thông dụng nhất vì đơn giản nhất,

dễ chế tạo, nhưng có áp suất riêng không lớn, thời gian rà khít với xy lanh sau khi lắp lâu trọng lượng xéc măng cao

- Loại có mặt côn  (hinh 1.7.c) có áp suất tiếp xúc lớn và có thể rà khít nhanh chóng vớí xylanh, tuy nhiên chế tạo phức tạp và phải đánh dấu khi lắp sao cho khi pistong đi xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo để gạt dầu

- Loại xéc măng có tiết diện hình thang –vát (hình 1.7.f), có tác dụng giũ muội khi xéc măng co bóp do đường kính xylanh không hoàn toàn đồng đều theo phương dọc trục, dođó tránh được hiện tượng bó kẹt

- Loại xéc măng có tiết diện phức tạp là loại tổng hợp những ưu điểm của các loại tiết diện, tuy nhiên loại này rất khó gia công

Về kết cấu miệng của xéc măng, loại thẳng(hình 1.7.g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí

và sục dầu qua miệng Loại vát( hình 1.7.h) có thẻ khắc phục phần nào nhược điểm trên Loại bậc( hình 1.7.i) bao kín tốt nhưng khó chế tạo

b Xéc măng dầu và vấn đề ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy

Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, xéc măng khí dù tốt đến mấy cũng

không thể ngăn được dầu nhờn sục vào buồng cháy của động cơ Đó là vì xéc măng khí đã có tác dụng “ bơm dầu” vào buồng cháy Sơ đồ nguyên lý tác dụng bơm dầu của xéc măng khí như hình vẽ:

Hình 1.8:Tác dụng bơm dầu của xécmăng khí

1 Piston; 2:Xy lanh;3Xécmăng

Từ hình vẽ ta thấy khi piston đi xuống, xéc măng vét dầu tụ vào trong rãnh xéc măng Khi piston đổi chiều, đi lên xéc măng khí tiếp xúc với mặt rãnh phía dưới, dồn dầu đi lên phía trên Khi piston đi xuống lần thứ hai, xéc măng lại tiếp xúc với mặt rãnh trên, ép số dầu trong rãnh đi lên Cứ như thế dầu nhờn đi dần vào buồng cháy gây lên hiện tượng sục dầu

Để ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy, phải dùng xéc măng dầu để gạt dầu trở về các te, chỉ phân bố trên mặt gương xylanh một lớp dầu mỏng

Kết cấu của xéc măng dầu như hình vẽ

Hình 1.9: Kết cấu xéc măng dầu

Các loại tiết diện có mặt côn, lưỡi dao đều có áp suất tác dụng trên mặt gương xylanh rất lớn(4÷6 at hoặc cao hơn) Rãnh lắp xécmăng dầu trên Piston phải có lỗ thoát dầu

Các xéc măng dầu tiết diện hình thang có mặt côn hoặc dạng lưỡi dao vét dầu qua lỗ thoát dầu phía dưới rãnh Các loại xécmăng dầu tổ hợp cũng thoát dầu bằng các

lỗ thoát khoan bên trong rãnh xéc măng dầu

PHẦN II TÍNH TOÁN KIỂM TRA BỀN CHO PISTON, CHỐT PISTON

VÀ XÉC MĂNG

2.1 Thông số ban đầu, thông số chọn và thông số tham khảo của piston, chốt

và xéc măng

a Các thông số ban đầu

Bảng 2.1 Các thông số cho trước :

stt Thông số ban đầu Công thức tính toán Kết quả

Từ C tbvừa tính được ta chọn loại xe tính toán là động cơ xăng tốc độ cao

Căn cứ bảng 1.1 tang 1-1 ta chọn các thông số cơ bản:

1, Chiều dày đỉnh 𝛿 không có làm mát đỉnh :

δ= ( 0,04÷0,07).D theo [I] trang 1-1

Thay D=0,083 (m) ta có:

 =( 0,04÷0,07).0,083= 0,00332 ÷ 0,00581 (m) Chọn δ= 0,0055 (m)

3, Chiều dày S phần đầu :

S= ( 0,06÷0,12).D theo [I] trang 1-1

Thay D=0,083 (m) ta có:

S=( 0,06÷0,12).0,083= 0,00498 ÷ 0,00996 (m) Chọn S= 0,009 (m)

4,Chiều cao H của piston :

H=(0,5÷0,8).D theo [I] trang 1-1