PHÂN TÍCH KẾT CÂU VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÓM TRỤC KHUỶU, BẠC LÓT, BÁNH ĐÀ CỦA ĐỘNG CƠ ZAZ 968

Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đờng thẳng song song với trục O.. 33 2.2.TấNH TOAẽN ÂÄĩNG LặÛC HOĩC : Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định hợp lực của lực qu

Môc lôc

Líi nêi ®Ìu Trang 2 1.CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU .3

2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC-ĐỘNG LỰC HỌC-XÂY DỰNG ĐỒ THỊ 3

2.1.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 3 2.1.1.Xây dựng đồ thị công 3

2.1.2.§ơ thÞ chuyÓn vÞ 5

2.1.3.§ơ thÞ vỊn tỉc v 7

2.1.4.§ơ thÞ gia tỉc J 8

2.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 8

2.2.1.X¸c ®Þnh khỉi lîng 8

2.2.2.Khai triÓn c¸c ®ơ thÞ 10

3.Ph©n tÝch ®Ưc ®iÓm kÕt cÍu vµ tÝnh to¸n nhêm trôc khụu-b¹c lêt-b¸nh ®µ 22

3.1 PH¢N TÝCH ®ƯC §IÓM KÕT CÍU 22

3.1.1 §Ưc ®iÓm kÕt cÍu cña trôc khụu 22

3.1.2 §Ưc ®iÓm kÕt cÍu cña b¹c lêt 25

3.1.3 §Ưc ®iÓm kÕt cÍu cña b¸nh ®µ 26

3.2 TÝNH TO¸N NHêM TRôC KHUûU-B¹CLêT-B¸NH §µ 27

3.2.1.TÝnh to¸n vµ kiÓm tra bÒn trôc khụu 27

3.2.2 B¸nh ®µ 32

Tµi liÖu tham kh¶o 33

trong lµ mĩt ®ơ ¸n rÍt quan trông,gióp lµm quen víi viÖc

nghiªn cøu,t×m hiÓu kÕt cÍu vµ tÝnh to¸n bÒn c¸c chi tiÕt,bĩ

phỊn trong mĩt kÕt cÍu cô thÓ.§Ó hoµn thµnh nhiÖm vô ®ê

sinh viªn ph¶i ph¸t huy tÝnh tù lùc,tham kh¶o tõ nhiÒu

nguơn tµi liÖu vÒ chuyªn m«n.

§©y lµ lÌn ®Ìu tiªn em vỊn dông lý thuyÕt ®· hôc

®Ó ph©n tÝch kÕt cÍu vµ tÝnh to¸n thiÕt kÕ nhêm Trôc

khụu-B¹c lêt-B¸nh ®µ cña ®ĩng c¬ ZAZ 968 Trong qu¸ tr×nh lµm

®ơ ¸n,mƯc dï em ®· ®îc sù gióp ®ì vµ híng dĨn rÍt tỊn

t×nh cña thÌy TrÌn Thanh H¶i Tïng vµ c¸c thÌy trong bĩ

m«n ®ĩng lùc, nhng víi mĩt ®ơ ¸n yªu cÌu mĩt lîng lín vÒ

kiÕn thøc chuyªn ngµnh vµ sù h¹n chÕ vÒ tµi liÖu tham kh¶o

nªn gƯp nhiÒu khê kh¨n vµ khê tr¸nh khâi sù sai sêt v× vỊy

em rÍt mong ®îc sù xem xÐt vµ chØ b¶o cña c¸c thÌy ®Ó em

®îc bơi bư thªm vÒ kiÕn thøc chuyªn ngµnh.

Cuỉi cïng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÌy TrÌn Thanh H¶i Tïng ®· gióp ®ì em hoµn thµnh ®ơ ¸n nµy.

Sinh viªn thùc hiÖn

V¬ng H÷u Th¹ch.

1.CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU:

§ĩng c¬ ZAZ968 lµ lo¹i ®ĩng c¬ x¨ng cì võa víi bỉn xilanh ®îc bỉ trÝ theod¹ng ch÷ V theo hai hµng.§ĩngc¬ nµy ®îc bỉ trÝ phÝa sau «t«.Thø tù lµm viÖc cñac¸c xi lanh ®ĩng c¬ lµ : 1-3-4-2

C¸c th«ng sỉ ban ®Ìu cña ®ĩng c¬ ®îc cho theo b¶ng sau:

66 76 14 , 3 4

2994 , 0

2.1.TấNH TOAẽN ÂÄĩNG HOĩC:

+Xây dựng đ ờng cong áp suất nén:

Quá trình nén của động cơ là quá trình nén đa biến với phơng trình:

const V

n c

=> ( ) 1

1

n c nx c nx

V V P

+ X©y dùng ® íng gi·n nị:

Ph¬ng tr×nh ®íng gi·n nị ®a biÕn : PVn2 = const

Gôi x lµ ®iÓm bÍt kú trªn ®íng gi·n nị, ta cê :

2

2

gnx gnx

n z gnx z gnx

V V P

+ B¶ng gi¸ trÞ x¸c ®Þnh ® íng nÐn vµ ® íng gi·n nị:

2.1.1.2.Xây dựng đồ thị và hiệu chỉnh đồ thị công:

P z

P

2

/ 0175 , 0 240

Víi tØ lÖ xÝch nµy ta sÏ cê c¸c ®iÓm t¬ng øng trªn ®ơ thÞ,nỉi c¸c ®IÓm trªn ta cê

 Đánh lửa sớm (c’).

 Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupap thải

 Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupap nạp

Lấy áp suất cực đại: p z,,  0 , 85p z  3 , 57 [MN/m2 ]

Xác định các điểm trung gian:

 Trên đoạn cy lấy điểm c ,, với: cy

3

1 c

c ,



 Trên đoạn ba lấy điểm b , sao cho:

ba 2

1

bb ,

Nối các điểm hiệu chỉnh bằng thớc cong ta có

.

0

33

mm R

L  



- O: Giao điểm của đờng

tâm xy lanh và đờng tâm trục khuỷu

- B: Giao điểm của đờng

tâm thanh truyền và đờng tâm chốt khuỷu

- A: Giao điểm của đờng tâm xy lanh và đờng tâm chốtkhuỷu

- x: Độ dịch chuyển của Piston tính từ ĐCT ứng với góc quaytrục khuỷu α[m]

- β: Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α [độ].

- ω: Vận tốc góc của trục khuỷu rads 

Theo giải tích chuyển dịch x của piston tính theo công thức:

R x

Công thức tính gần đúng giá trị x:

    R A R

x 1 cos α

4

λ α cos

Xây dựng đồ thị:

+ Vẽ nửa vòng tròn tâm O,bán kính R

Chọn tỉ lệ xích R sao cho AB =Vh=160 [mm]

4125 , 0 160

33 2 2

+ Lấy điểm O’ ở bên trái điểm O một đoạn: 4 , 125 [ ]

Từ điểm O kẻ các tia OB ứng với các góc 10o, 20o, 30o,

Từ điểm O’ kẻ các tia O’B’ song song với OB cắt vòng tròn tại B’ Kẻ B’Cthẳng góc với AD Theo Brich thì đoạn AC=x(độ dịch chuyển)

Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đờng thẳng song song với trục O

Và từ các điểm chia (có góc tơng ứng) trên trục O ta vẽ các đờng nằm ngang Các

đờng này sẽ cắt nhau tại các điểm 1, 2, ,18 Nối các điểm này lại ta đợc đờng congbiểu diễn độ dịch chuyển của piston theo : s  f( )

2.1.3.Đồ thị vận tốc v:

Theo giải tích vận tốc v của piston đợc xác định theo công thức:

B ω R ) α 2 Sin 2

λ α Sin (

λ α Sin (

ω

R

α Sin ω

R

v1  , Sin α )

2

λ ( ω R

v2 Vận tốc trung bình của Piston đợc xác định theo công thức:

Trong đó: S: Hành trình của Piston

n: Số vòng quay của trục khuỷu [v/ph]

s v

/ 79 , 172 4125 , 0 88 , 418

79 , 172 2

25 , 0 88 , 418 33

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn ta kẻ các đờng thẳng vuông góc với OA, và

từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các đờng song song với bán kính AB.Những đờng tơng ứng này sẽ cắt nhau tại các điểm 0, 1, 2, ,18 Nối các điểm nàylại ta đợc đờng cong giới hạn vận tốc của piston

Dựng hệ trục tọa độ vuông góc v-s, lấy đoạn OA s 160 mm[ ]

R





với trục O, trục hoành biểu diễn giá trị s

Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta kẻ các đờng thẳng song song với trục Ov,

và cắt OS các điểm 0,1,2, ,18 Từ điểm này ta đặt các đoạn thẳng trên đồ thị giớihạn vận tốc nh: 00’,11’,22’, Nối các điểm mút lại ta có đồ thị vận tốc của Pistontheo góc : V  f( ).

2.1.4.Đồ thị gia tốc J: ta tiến hành xây dựng đồ thị theo phơng pháp Tôlê.

J

2

/ 9

AC

J J

125 9

, 57

) 1 25 , 0 (

88 , 418 10 33 ) 1

75 9

, 57

) 25 , 0 1 (

88 , 418 10 33 )

2.2.TấNH TOAẽN ÂÄĩNG LặÛC HOĩC :

Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định hợp lực của lực quán tính

và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ứng với mỗi vị trí của khuỷu trục-thanhtruyền nhằm tính sức bền,sự mài mòn của các chi tiết và thực hiện cân bằng độngcơ

Trong quá trình làm việc,cơ cấu KT-TT chịu các lực:

- Lực quán tính do các chi tiết có khối lợng chuyển động

- Lực khí thể

- Trọng lực

- Lực ma sát

Trong quá trình tính toán,do lực quán tính và lực khí thể có ảnh hởng rất lớn đến

động cơ,trọng lực và lực masát có giá trị rất bé so với hai lực này nên ta chỉ xét sự tác dụng của lực quán tính và lực khí thể

2.2.1.Xác định khối lợng:

2.2.1.1 Khối lợng tham gia chuyển động thẳng:

Các chi tiết máy trong cơ cấu KT-TT tham gia vào chuyển động thẳng baogồm:Các chi tiết trong nhóm Piston và khối lợng nhóm thanh truyền đợc quy về đầunhỏ thanh truyền Trong quá trình tính toán, xây dựng các đồ thị,để tiện lợi, ngời ta

thờng tính toán lực quán tính trên một đơn vị diện tích đỉnh Piston(để cùng thứnguyên với áp suất cháy trong động cơ).

+ Khối lợng nhóm thanh truyền đợc quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền:

Khi tính toán khối lợng thanh truyền trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền,chúng ta phân chia thành nhiều khối lợng tơng đơng để quy dẫn về 2 dạng chuyển

động: chuyển động thẳng và chuyển động quay Tùy thuộc vào mức độ chính xáccần thiết, ngời ta có thể chia nhóm thanh truyền ra 2, 3 hoặc nhiều phần tơng đơng.Trong thực tế, chúng ta có thể tính gần đúng theo các công thức kinh nghiệm sau

đây:

Đối với động cơ ôtô máy kéo: m1=(0,275 0,350)mtt

Ta chọn: m1=0,3.0,85=0,255[kg]

Với mtt là khối lợng của thanh truyền: mtt=0,85[kg]

Vậy khối lợng chuyển động tịnh tiến:

ms=mnp+m1=0,5+0,255=0,755 [kg]

Suy ra khối lợng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh piston là:   3 2  166 , 429 2

) 10 76 (

755 , 0 4

m

kg F

m m

p

s



2.2.1.2.Khối lợng tham gia chuyển động quay:

Khối lợng tham gia chuyển động quay trong cơ cấu KTTT gồm:

+ Phần khối lợng nhóm thanh truyền quy dẫn về đầu to

+ Khối lợng khuỷu trục gồm có: Khối lợng chốt khuỷu và khối lợng má khuỷu

mmR:Khối lợng má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu

Các khối lợng tham gia chuyển động quay này sẽ đợc xét ở mục tính bền trụckhuỷu

Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta dóng các đờng thẳng song song với trục OP

và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đờng biểu diễn các quá trình nạp,nén, giãnnở,thải Qua các giao điểm này ta vẽ các đờng ngang song song với trục hoành sang

hệ tọa độ Pkt- Từ các điểm chia trên tọa độ O, ta kẻ các đờng thẳng đứng songsong với trục OP, những đờng thẳng này cắt các đờng nằm ngang tại các điểm tơngứng với các góc chia của đồ thị Brich và phù hợp với các quá trình làm việc của

/ 2

mm

m MN

/ 2

mm

m MN

Dựa vào thứ tự làm việc của động cơ để ta xác định các góc làm việc 1, 2, 3,

4 của các khuỷu Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2

Vậy góc lệch công tác của động cơ là:

o o

o

4 180 180



0

Lập bảng để xác định các góc của trục khuỷu ta có:

Khi trục khuỷu 1 nằm ở vị trí 1=0o thì:

Sau khi có đờng T=f() ta vẽ đờng Ttb (đại diện cho mômen cản) bằng cách

đếm diện tích bao bởi đờng T với trục hoành O (F T), sau đó chia diện tích nàycho chiều dài của trục hoành

Nghĩa là:

360μ

FT

T

T tb

Đặt các giá trị từ bảng Z, T lên trục tơng ứng, với mỗi cặp điểm ta ghi 0, 1, 2, ,

72 Nối các điểm đó lại ta có đờng cong của đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốtkhuỷu

Dịch gốc tọa độ để tìm gốc của tọa độ của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷubằng cách đặt véctơ PRo lên (đại diện cho lực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu)

Tính giá trị lực của lực quán tính ly tâm:

R m P

b Ro

2 2

88 , 418 30





] [ 004536 ,

0 10 4

76 14 , 3 10 4

2 6

2 6

Vậy      



2 6 2

3

10 7595 , 0 004536

, 0

88 , 418 10 33 595 , 0

Giá trị dịch chuyển hệ trục trên bản vẽ:

OO1= 43 , 4mm

0175 0

7595 , 0







Vậy ta xác định đợc đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối O với bất kỳ

điểm nào ta đều có:

Z T P

Q  Ro  

Q có giá trị bằng OA , có gốc là O và A là một trong các điểm thuộc đờngcong

+ Chiều tác dụng là chiều từ O đến A

+ Điểm tác dụng là điểm a trên phơng kéo dài của AO cắt vòng tròn tợng trngcho mặt chốt khuỷu

2.2.2.7.Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:

Các b ớc tiến hành:

Trên tờ giấy bóng vẽ đầu to thanh truyền (đầu nhỏ hớng xuống dới)

Vẽ hệ trục Z-T có gốc O trùng với tâm đầu to thanh truyền, chiều dơng hớngxuống dới

Vẽ đờng tròn bất kỳ tâm là O Giao điểm của vòng tròn với trục OZ (trên chiềudơng) chọn là O’

Trên đờng tròn này ta chia thành các góc có giá trị (+) và bắt đầu từ điểm O’theo chiều kim đồng hồ Để đơn giản ta ghi các điểm chia đó trên vòng tròn là 0o,

10o, 20o, Góc chia  phụ thuộc vào  và  cho trong bảng phụ lục

Các bớc tiếp theo ta thực hiện trên tờ giấy bóng, đem tờ giấy bóng đặt lên đồthị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O của đầu to thanh truyền trùng vớitâm O của chốt khuỷu và trục OZ trùng với đờng tâm của thanh truyền (hớng xuốngdới) Trên tờ giấy bóng hiện lên các số ghi của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốtkhuỷu Đầu tiên ta đánh dấu điểm O, sau đó xoay tờ giấy bóng theo ngợc chiều kim

đồng hồ sao cho các tia 0o, 10o, 20o, lần lợt trùng với OZ và mỗi lần ta lại đánhdấu các điểm hiện lên trên tờ giấy bóng, chẳng hạn: 0, 1, 2, và ta ghi 0o, 10o,

20o, Nối các điểm này lại ta đợc đờng cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên

đầu to thanh truyền

Xác định chiều và điểm đặt:

Độ lớn của lực là chiều dài của véctơ nối từ tâm O đến bất kỳ vị trí nào của đồthị (nhân với tỷ lệ xích)

Chiều của lực là chiều từ tâm O hớng ra ngoài

Điểm đặt là giao điểm của véctơ kéo dài vô vòng tròn tợng trng cho cổ trục

+ Hệ số va đập:

tb

max

Q Q

χ 

Ta có: Qmax=111.9.Q=111,9.0,0175=1,958 2 

m MN

Qmin=8,1.0,0175=0,142 2 

m MN

582 , 1 238 , 1

958 , 1

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi ta vẽ ta sử dụng giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne vàtốc độ n định mức

+ Lực tác dụng có ảnh hởng đều trong miền 120o

+ Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

+ Không xét đến điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép, v.v Ví dụ khôngxét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, dầu mỡ bôi trơn

Ta tiến hành theo các b ớc sau:

Chia vòng tròn tợng trng chốt khuỷu thành 24 phần từ 0, 1, 2, , 24 (24 vẽtrùng với 0)

Từ các điểm chia trên ta gạch các cát tuyến 0O, 1O, 2O, , 23O cắt đồ thị phụtải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a, b, c,

Ta lập đợc tổng phụ tải tác dụng lên mỗi điểm của chốt khuỷu:

OB OA

Nối các điểm đầu của các đoạn thẳng đó ta đợc đờng cong biểu diễn độ màimòn ở các vị trí của chốt khuỷu.

3.1.1 Đặc điểm kết cấu của trục khuỷu:

Trục khuỷu là một chi tiết rất quan trọng,cờng độ làm việc rất lớn,chiếm giáthành chế tạo cao nhất của động cơ

3.1.1.1.Nhiệm vụ:

Nhận lực khí cháy truyền từ thanh truyền và biến chuyển động song phẳng củathanh truyền truyền qua thành chuyển động quay của động cơ

Dẫn động các cơ cấu khác của động cơ chuyển động

3.1.1.2.Điều kiện làm việc:

Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực và mômen do lực khíthể,lực quán tính chuyển động quay,lực quán tính chuyển động tịnh tiến.Các lực này

có giá trị rất lớn và luôn thay đổi gây ra ứng suất uốn và xoắn,đồng thời gây nêndao động dọc và dao động xoắn,làm cho động cơ rung động và mất cân bằng Ngoài

ra các lực nói trên còn gây ra hiện tợng mài mòn trên các bề mặt ma sát của cổ trục

và chốt khuỷu

3.1.1.3.Yêu cầu khi thiết kế và chế tạo:

Hình dạng kết cấu của trục khuỷu phụ thuộc số xilanh,cách bố trí xilanh,số kỳcủa động cơ và thứ tự làm việc của các xilanh.Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảocác yêu cầu sau:

+ Phải dễ chế tạo

Ngoài ra,kích thớc thiết kế của trục khuỷu cần phải nhỏ gọn nhng phải đảm bảo

độ cứng vững,sức bền của trục khuỷu và điều kiện làm việc của các ổ trục Kích

th-ớc trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đờng tâm xilanh,phụthuộc vào đờng kính xilanh,chiều dày của bạc lót xilanh và phơng pháp làm mát

động cơ

Trục khuỷu gồm các phần:Đầu trục khuỷu,cổ trục khuỷu-má khuỷu-chốt khuỷu

và đuôi trục khuỷu

3.1.1.4.Kết cấu trục khuỷu:

+ Đầu trục khuỷu :

Đầu trục khuỷu thờng dùng để lắp bánh răng dẫn động trục phân phối ,bánh răngtruyền động bơm dầu, puli để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi độngcơ bằng tay quay.Các bánh răng lắp với đầu trục bằng then bán nguyệt.Trên đầu trục

có lắp tấm chắn dầu

1- Vòng hãm; 2- Then bán nguyệt; 3- Đầu trục khuỷu; 4- Bánh răng dẫn độngtrục cam; 5- rãnh dẫn dầu bôi trơn; 6- bánh răng dẫn động bơm dầu; 7- cơ cấulắp puli

+ Cổ trục khuỷu:

Trục khuỷu có năm cổ chính,cổ trục ở đuôi trục nơi lắp bánh đà có chiều dài lớnnhất

Cổ trục đợc mài bóng và tôi cứng,độ côn,độ ôvan không vợt quá 0,01mm

Cổ trục đợc đúc đặc và có khoan lổ dầu bôi trơn chốt khuỷu

Kích th ớc cổ trục:

Đờng kính cổ trục chọn theo kết quả tính toán sức bền ,điều kiện hình thànhmàng dầu bôi trơn ,quy định về thời gian sử dụng và số lần sửa chữa lớn của độngcơ

Kích thớc của cổ trục của động cơ xăng thờng nằm trong phạm vi:

Đờng kính của chốt khuỷu có thể lấy bằng đờng kính cổ trục hoặc lấy nhỏ hơn

đờng kính cổ trục một ít.Chiều dài chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cách giũa hai

đờng tâm xilanh kề nhau và chiều dài cổ trục.Giảm chiều dài chốt khuỷu sẽ làm tăng

áp lực lên bề mặt chốt khuỷu do đó làm xấu điều kiện bôi trơn,nhng tăng chiều dàichốt khuỷu lại làm giảm độ cứng vững của trục khuỷu,do đó sẽ làm giảm tần số dao

động của trục khuỷu và giảm số vòng quay cộng hởng

Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoả mãn đợc điều kiện hìnhthành màng dầu bôi trơn và trục khuỷu có độ cứng vững lớn nhất có thể

Hình 3.1.Kết cấu đầu trục khuỷu

2

7

13