Nhằm giúp sinh viên biết cách tính toán các thông số, giúp sinh viên học lý thuyết tốt và nắm vững các công thức tính toán cũng như kiểm nghiệm bền, đảm bảo cho một chiếc xe vận hành và hoạt động tốt.
Trang 1Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH
CHƯƠNG III
TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH Với đề bài yêu cầu là kiểm nghiệm bền piston
1.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston.
1 Công thức Back:
Công thức Back giả thiết đỉnh có chiều dày đồng đều và đặt tự do trên gối đỡ
hình trụ
Công thức này thường thích hợp với các loại đỉnh bằng của động cơ xăng
và động cơ diêzel buồng cháy xoáy lốc và dự bị
Sau khi xác định kích thước cụ thể, ta tính mômen uốn đỉnh:
) 3
2 ( 2 ) (
D D
P y y
P
Coi Di≈D ta có :
4
(120.10 )
π
−
−
(MN.m) Mômen chống uốn của tiết diện ngang đỉnh:
Trang 22 2
6 3
u
D
Do đó ứng suất đỉnh:
4
2 6
1,9936.10
u u u
M
MN m W
ứng suất cho phép đối với đỉnh piston Nhôm hợp kim:
- Nếu đỉnh có gân tăng bền: [σu] = 100 ÷ 190 (MN/m2)
- Nếu đỉnh không có gân tăng bền [σu] = 20 ÷ 25 (MN/m2)
Ta thấy ứng suất uốn đỉnh piston ta tính nằm trong khoảng đỉnh có gân tăng bền Vì vậy ta chọn thiết kế loại piston này có gân chịu lực
2. Công thức Orơlin cho đỉnh mỏng.
Vì δ = 9 < 0,2.120 nên ta sử dụng công thức Orơlin đỉnh mỏng
Công thức Orơlin giả thiết đỉnh
Piston là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong
gối tựa hình trụ
Công thức này thường được dùng để tính đỉnh mỏng ( có δ≤ 0,2D) và với các đỉnh piston của động cơ điêzen buồng cháy thống nhất
Ứng suất hướng kính :
σx=
max
r P
ξ
)
Ở đây:ξ- Hệ số xét đến tính chất của ngàm cố định ; chọn ξ = 1
δ- Chiều dày đỉnh pittong ;δ = 9 (mm)
Pz - Áp suất lực khí thể ; Pz = 6,7289 (MPa)
r - Khoảng cách từ tâm đỉnh pittong đến mép ngàm cố định của đỉnh
Trang 3s
D
r = −
2 Trong đó: D- Đường kính đỉnh pittong D =120 (mm)
s- chiều dày phần đầu pittong
s = (0,05÷0,1).D =0,1.120=12 (mm)
120
12 48 2
(mm) Ứng suất hướng tiếp tuyến :
r p
δ
( MN/m2
) Trong đó:
µ - Hệ số poát xông (đối với gang µ =0,26)
Ta thấy ở vùng ngàm, ứng suất uốn có trị số lớn nhất do đó ta chỉ cần tính ứng suất ở ngàm cố định :
2 2
y
σ
σ = + ( MN/m2
) Vậy
1.2 Tính nghiệm bền đầu piston.
Ta có tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện I-I, cắt qua rãnh xécmăng dầu cuối cùng trên đầu piston Tiết diện này chịu kéo bởi lực quán tính âm lớn nhất
do khối lượng mI-I của phần đầu piston sinh ra Ngoài ra còn chịu nén do lực khí thể pzmax gây ra
Ta xác định khối lượng phần đầu piston mI-I và thể tích phần đầu piston Vđầu
để lấy thông số tính toán
1 Ứng suất kéo:
max max
j I I k
I I I I
Ta có với mI-I là khối lượng của đầu piston Nó được xác định bằng cách:
Trang 4mI-I = ρnhom.V Trong đó : ρnhom là khối lượng riêng của Nhôm ρnhom = 2700 (Kg/m3)
V thể tích của đầu piston
Căn cứ vào hình dạng tỷ lệ của đầu piston loại động cơ này ta có thẻ xác định nó bằng việc thực hiện đo 1 đầu piston đã được thiết kế trong các động
cơ, rồi lấy giá trị biểu diễn của 1 kích thứơc mà ta đã tính được ở giá trị thực
ta tính được tỷ lệ xích Sau đó chúng ta xác định các kích thước thực còn lại của đầu piston bàng cách lấy các kết quả đo được ở các kích thước nhân với
tỷ lệ xích đó
Ta có hình vẽ mô phỏng piston:
Vậy ta có : V= V1 – V2 – 4.V3
Với V1 =
( )2
2
3
3,14 0,12
D
(m3)
V2=
2
4
3,14.(0,12 2.0,023)
.(0,075 0,009) 2,837.10 4
−
(m3)
V3 =
6
3,14 0,12 0,12 2.0, 0054
.0,0028 5, 44.10 4
−
=
(m3)
⇒ V = 0,848.10-3 – 2,837.10-4 – 4.5,44.10-6 = 5,425.10-4 (m3)
Vậy : mI-I = ρnhom.V = 2700 5,425.10-4 =1,4648 (Kg)
Và FI-I =
3
3,14 0,12 0,104
2,813.10 4
−
−
=
(m2)
Như vậy ta có:
3
1, 489.10 2,813.10
j I I k
I I I I
−
(MN/m2)
Ta thấy σk = 1,489 < [σk] = 10 (MN/m2)
3. Ứng suất nén :
Trang 52 2 max max
3
6, 2789.3,14.0,12
25,00
n
I I I I
π
(MN/m2) Như vậy đã thoả mãn được ứng suất nén cho phép là [σn] = 25 (MN/m2)
1. Áp suất tiếp xúc trên thân.
D l
N k th th
.
max
= Trong đó :
D - Đường kính xy lanh : D = 120 (mm) = 0,12 (m)
hp – Chiều dài thân piston : hp = 105 (mm) = 0,105 (m)
Nmax – Lực ngang lớn nhất, có thể lập đồ thị N= f(α) để xác định Nmax hoặc lấy theo số liệu kinh nghiệm : Nmax = (0,005-0,006)p∑20
p∑20 – Hợp lực của lực khí thể và lực quán tính ở 20o sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở : p∑20 = p∑20do.µP = 220.0,0266 =5,852(MPa)= 5,852.106
(N/m2)
Nmax = 0,0055 5,852.106= 3,22.104 (N)= 0,0322 (MN)
Như vậy:
2,56
th p
N k
l D
(MN/m2)
2. Áp suất tiếp xúc trên bề mặt chốt :
b ch
z b
l d
p k
2
max
=
Trong đó: P z = p z.F p
Fp : diện tích pittông
2
p
D
=11304.10-6(m2)
Trang 6dch - Đường kính ngoài của chốt piston: dch = 42 (mm)
lb – chiều dài tiếp xúc xủa bệ chốt : l1 = 20 (mm)
Vậy :
6 max
6
11304.10 6,7289
28,832
z b
ch b
p k
d l
−
−
(MN/m2)
Áp suất tiếp cho phép: [ ]k b = (20 ÷ 30) (MN/m2
)
kb < [ ]k b thoả mãn.
Kết luận: Theo kết quả của kiểm nghiệm và tra bảng ta thấy: Khi chế tạo
pisston phải chế tạo đỉnh pisston bằng thép và đầu pisston bằng nhôm mới đảm bảo
