ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO Trục khuỷu chịu tải trọng bởi áp lực của khí, lực quán tính của các phần chuyển động tính tiến và chuyển động quay.. Kim loại chế tạo trục khuỷu cầ
Trang 16 PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ TRỤC KHUỶU
6.1 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO
Trục khuỷu chịu tải trọng bởi áp lực của khí, lực quán tính của các phần chuyển động tính tiến và chuyển động quay Các lực tác dụng có tính chất chu kỳ gây nên dao động xoắn
Trục khuỷu là một chi tiết phức tạp nhất về mặt cấu tạo và sản xuất, do đó lựa chọn vật liệu chế tạo trục khuỷu là rất quan trọng Kim loại chế tạo trục khuỷu cần phải có tính chống mài mòn, chống mỏi và chịu tải trọng va đập cao Vì động cơ thiết kế thuộc loại cỡ trung bình nên ta chọn thép 45 làm vật liệu chế tạo
6.2 KẾT CẤU TRỤC KHUỶU
Trục khuỷu của động cơ Diezel tiếp nhận tải trọng lớn nên có nhiều gối đỡ Ta thiết kế 5 gối đỡ chính
Trục khuỷu gồm những phần sau :
6.2.1.Đầu trục
Trên đầu trục có lắp đai ốc khởi động, puly dẫn động quạt gió, bơm nước, bộ phận chắn dầu và bánh răng phân phối
6.2.2.Cổ trục
Tất cả các cổ chính có cùng một đường kính, từ cổ chính dầu bôi trơn theo các lỗ khoan trong má đểø đi bôi trơn các cổ biên Các chỗ chuyển tiếp của cổ chính và cổ biên đến má trục có góc lượn
Để giảm bớt trọng lượng của các phần không được cân bằng và của cả trục nói chung ta chế tạo trục khuỷu có cổ biên rỗng
Trang 26.2.3.Má khuỷu
Má khuỷu là bộ phần nối liền cổ trục và cổ chốt Để lợi dụng vật liệu hợp lý và phân bố đồng đều áp suất ta chọn thiết kế dạng má khuỷu hình ô van
6.2.4.Đuôi trục khuỷu
Đuôi trục khuỷu là nơi truyền công suất ra ngoài và trên đuôi trục khuỷu có lắp bánh đà
Ta chọn phương pháp lắp bánh đà lên đuôi bằng mặt bích Ở đuôi trục khuỷu
ta bố trí các bộ phận sau :
- Vành chắn dầu
- Ren hồi dầu
- Đệm chắn di động dọc trục
6.2.5.Đối trọng
Đối trọng dùng để :
- Cân bằng các lực và mômen quán tính không cân bằng của động cơ, chủ yếu là lực và mômen quán tính ly tâm
- Giảm phụ tải cho ổ trục nhất là ổ giữa và tránh biến dạng của trục khuỷu khi làm việc
Đối trọng được đúc liền với má khuỷu
6.2.6.Các kích thước chọn
1 Cổ chính
dct = 0,736D = 0,754 × 110 = 83 (mm)
lct 1,3,5 = 0,636D = 0,636 × 110 = 70 (mm)
lct 2,4 = 0,545.D = 0,545 × 110 = 60 (mm)
2 Cổ biên
lch = 0,866 dch = 60 (mm)
dch ng = 0,71D = 78 (mm)
dch tr = 0,272.D = 30 (mm)
7 TÍNH BỀN TRỤC KHUỶU
7.1 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG QUAY THEO BÁN KÍNH r CỦA MÁ KHUỶU
Trang 3Khối lượng má khuỷu mm xác định theo công thức sau :
mm = Fm.bρ
Trong đó :
Fm : diện tích phần má khuỷu có bán kính r
b : chiều dày má khuỷu, b = 0,25D = 0,25 × 110 = 27,5 (mm)
ρ : khối lượng riêng của vật liệu trục khuỷu.ρ = 7,852
3
dm kg
hay ρ = 7,852.10-6
3
mm kg
Nếu ta coi phần diện tích má khuỷu có bán kính r gần như 1 hình chữ nhật có diện tích a’.b’ với :
a’ = 1,2.D = 132 (mm) : chiều rộng má khuỷu b’ = r =
2 2
ddc − ε (ε : độ trùng điệp cổ chốt và cổ trục)
2
d
dch − ct − = + - 62,5 = 18 (mm)
⇒ r = 832−18 = 32,5 (mm) Vậy Fm = a’.b’ = a’.r = 132 × 32,5 = 4290 (mm2)
⇒ mm = 4290 ×27,5 ×7,852.10-6 = 0,9263 (kg) Để phần khối lượng má mm cùng quay với bán kính R ta phải quy dẫn thành khối lượng tương đương đặt tại các tâm chốt khuỷu, khối lượng quy dẫn được tính như sau :
mmR = mm
R
r = 0,9263 ×
645
5 ,
32 = 0,481 (kg) 7.2 KHỐI LƯỢNG CHỐT KHUỶU
Khối lượng chốt khuỷu được xác định theo công thức :
mch = ( D d )
4 2n − 2t
π (l + b1 + b2) ρ
Trong đó :
mch : khối lượng chốt khuỷu vận động quay với bán kính R
Dn, dt : đường kính ngoài và trong của chốt khuỷu
Trang 4l : chiều dài làm việc của chốt khuỷu, l = 60 (mm)
b1, b2 : chiều dài của má khuỷu, b1, b2 = 27,5 (mm)
ρ : khối lượng riêng của vật liệu chế tạo trục khuỷu
⇒ mch = 4π (782 - 302) (60 + 27,5 + 27,5) × 7,85.10-6 = 3,689 kg 7.3 LỰC LY TÂM C 1 VÀ C 2
C1 = mch.R.ω2 = 7744,0 (kg)
C1 : lực ly tâm của chốt khuỷu quy về đầu to :
C2 = m2.R.ω2 = 0,7 × 2,8 × 0,0625 × 183,262 = 4114,07 (kg)
C2 : lực ly tâm của khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu : 7.4 LỰC QUÁN TÍNH LY CỦA MÁ KHUỶU VÀ ĐỐI TRỌNG
• Pr1 : lực quán tính ly tâm của má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu
Pr1 = mmR R.ω2 = 0,482 × 62,5.10-3× 183,262 = 1011,09 (kg)
• Pr2 : lực quán tính ly tâm của đối trọng
Pr2 = mđt Rđt.ω2
mđt : trọng khối của đối trọng :
mđt = mmR +
2
689 , 3 482 , 0 2
mch = + = 2,326 (kg)
rđt : bán kính quay của đối trọng :
rđt = R = 62,5 (mm)
⇒ Pr2 = 2,326 × 62,5.10-3× 183,262 = 4883,09 kg 7.5 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC GỐI ĐỠ
Trang 5Vị trí Zmax xuất hiện tại α = 370o
Lực Zmax được tính như sau :
Zmax = PZmax - M.R.ω2 (1 + λ)
M : khối lượng chuyển động tịnh tiến
M = mpis + mtt = 3,3 + 0,77 = 4,07 (kg)
Do đó : Zo = PZmax - M.R.ω2 (1 + λ) - (C1 + C2)
PZmax tại 370o : PZ = 5,8 2
m
MN
M = 4,07 kg = 4,07.10-5 MN
R = 62,5 (mm) = 0,0625 (m)
λ = 0,26
C1 + C2 = 7744 + 4114,07 = 11858,07 kg = 0,119 MN ⇒ Zo = 5,8 - 4,07.10-5 × 0,0625 × 183,262× 1,26 - 0,119 = 5,574 MN
Vì khuỷu đối xứng nên :
Z’ = Z” =
2
Zo - Pr1 + Pr2 =
2
574 ,
5 - 0,01 + 0,048 = 2,82 MN Ngoài Zmax, khuỷu còn bị xoắn bởi các khuỷu trước nó góc công tác của động
cơ là 180o, thứ tự làm việc 1-3-4-2 Ta có thể xác định giá trị lực T ở góc quay α
như sau :
T(Mn/m2) 0,768 -0.095 -0.251 -0.08
Ta lập bảng xác định ΣTI-1max
1 T = 0
0,768 -0,095 -0,251 -0,08
2 -0,095 -0,251 -0,08 T = 0
0,768
3 -0,08 T = 0
0,768 -0,095 -0,251
4 -0,251 -0,08 T = 0
0,768 -0,095
Trang 6Ta thấy khuỷu thứ 2 có ΣTI-1max nên ta tính toán cho khuỷu này.
7.6 TÍNH SỨC BỀN TRỤC KHUỶU
- Ứng suất uốn chốt khuỷu
σu =
π
− +
=
nch
4 tch 4 nch
2 r 1 r u
u
d
d d 32
c P a P 'l ' Z W M
Z’ = 2,826 2
m
MN = 0,02686 (MN)
l’ =
2
1 lct2 + lmá +
2
1lch =
=
2
1 × 60 + 27,5 ×
2
1 × 60 = 30 + 27,5 + 30 = 87,5 (mm)
Pr1 = 1011,09 (kg)
Pr2 = 4883,09 (kg)
dch n = 78 (mm)
dch t = 30 (mm)
a = c =
2
60 2
5 ,
27 2
l 2
lm ch
+
=
⇒ σu =
π
×
−
× +
×
−
−
−
−
−
−
−
−
3
4 3 4
3
3 5
3 5
3
10 78
10 30 10
78 32
10 4 43 10 09 488 10
7 43 10 09 1011 10
5 87 02686 0
) ( ) (
,
,
,
,
, ,
= 51,32
2
m MN
- Ứng suất xoắn chốt khuỷu
τx =
π
×
=
π
Σ
078 0
03 0 078 0 16
0625 0 083 0 16
4 4
4 4 1 2
,
, ,
, ,
d
d d
R T W
M
n ch
r ch n ch
i k
k
= 0,5386
2
m MN
- Ứng suất tổng cộng :
x
2
u +4τ = 51,32 +4×0,538
2
m MN
7.7 TÍNH SỨC BỀN CỔ TRỤC
Khi tính bền cổ trục ta tính cho khuỷu bên phải vì nó chịu lực lớn hơn
Trang 7- Ứng suất uốn cổ trục :
32
32 ct ct
ct u
u
d
' b '
Z d
d
' b '
Z W
M
π
=
π
=
Z’ = 0,02686 MN l’ =
2
1 lct +
2
1lm =
2
1 × 0,07 +
2
1 × 0,027 = 0,04873 (m)
dct = 0,083 kg
32
04873 , 0 02686 , 0
×
π × = 23,367
2
m MN
- Ứng suất xoắn cổ trục :
1
083 0 16
0095 0 0625 0 083 0
, ,
, d
R T W
M
ct
i k
' k
π
×
×
= π
Σ
= 0,44
2
m MN
- Ứng suất tổng cộng tác dụng lên cổ trục :
x
2
u +4τ = 23,767 +4×0,44
2
m MN
7.8 TÍNH BỀN MÁ KHUỶU
Má khuỷu chịu uốn và chịu nén trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau : mặt phẳng khuỷu của tiết diện và mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu
- Ứng suất nén má :
Trang 8σn = Z'b−.Phr 2
Z’ = 0,265 (MN)
Pr2 = 0,4883 2
m
MN= 0,00464 (MN)
b : chiều dày má khuỷu, b = 27,5 (mm)
h : chiều rộng má khuỷu, h = 132 (mm)
⇒σn= 0,00265,0275−×00,00464,132 = 6,13
2
m MN
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu :
σu=
6
b h
' b '
Z 6
b h
) c a ( P ' b '
Z W
M
2 2
2 r u
⇒σu=
6
132 , 0 0275 , 0
04873 , 0 0265 ,
0
2×
×
= 77,58
2
m MN
- Ứng suất uốn trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu :
σu =
6
132 , 0 0275 , 0
0625 , 0 083 , 0 6
h b
R T W
M W
M
2 2
1 i uy
' k u
u
×
×
=
Σ
=
= 64,95
2
m MN
- Ứng suất tổng cộng :
σΣ = σn + ( 2 )
u ) 1 (
u +σ
σ = 6,13 + 77,58 + 64,95 = 148
2
m MN
Trang 9
LIỆU THAM KHẢO
1 Trần Văn Tế
Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong
Đại học bách khoa Hà nội - 1995
2 Nguyễn Tất Tiến
Nguyên lý Động Cơ Đốt Trong
NXB Giáo dục - 2000
3 Hồ Thanh Giảng
Công nghệ chế tạo phụ tùng ôtô máy kéo
NXB Giao thông vận tải - 1999
4 V.N Bôntinski
Lý thuyết, kết cấu và tính toán động cơ máy kéo, ôtô - Tập I Nhà xuất bản nông nghiệp - 1984
Trang 10MỤC LỤC
Trang
1 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG
1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén
1.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở
1.3 Xác định điểm đặc biệt
2 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KTTT
2.1 Xác định độ dịch chuyển của Piston (x) bằng phương pháp đồ thị Brick
2.2 Xác định vận tốc piston bằng phưpưng pháp đồ thị
2.3 Giải gia tốc bằng đồ thị Tô-lê
3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KTTT
3.1 Khối lượng tham gia chuyển động thẳng
3.1.1 Khối lượng nhóm Piston và thanh truyền
3.2 Khối lượng tham gia chuyển động quay
3.3 Lực quán tính chuyển động thẳng
4 KHAI TRIỂN CÁC ĐỒ THỊ
4.1 Khai triển đồ thị P-V thành P-α
4.2 Cộng đồ thị
5 LẬP BẢNG TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU
6 PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ TRỤC KHUỶU 18
6.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo 18
6.2 Kết cấu trục khuỷu 18
6.2.1 Đầu trục 19
6.1.2 Cổ trục 19
6.2.3 Má khuỷu 19
6.2.4 Đuôi trục khuỷu 19
6.2.5 Đối trọng 19
6.2.6 Các kích thước chọn 20
7 TÍNH BỀN TRỤC KHUỶU 20
7.1 Xác định khối lượng chuyển động quay theo bán kính r của má khuỷu 20
7.2 Khối lượng chốt khuỷu 21
7.3 Lực ly tâm C1 và C2 21
7.4 Lực quán tính tâm của má khuỷu và đối trọng 22
7.5 Sơ đồ tính toán và xác định phản lực gối đỡ 22
7.6 Tính sức bền trục khuỷu 23
7.7 Tính sức bền cổ trục 24
7.8 Tính bền má khuỷu 25
8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27