Vẽ trục khuỷu và tính bền trục khuỷu

Phần IĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ CỦA TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN I.. Tính toán động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền Nhiệm vụ chủ yếu của tính toán động học cơ cấu t

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

Khối lượng nhóm thanh truyền Mtt 0,73 Kg

*Yêu cầu: Vẽ trục khuỷu và tính bến trục khuỷu

Phần I

ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ CỦA TRỤC

KHUỶU THANH TRUYỀN

I Tính toán động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Nhiệm vụ chủ yếu của tính toán động học cơ cấu trục khuỷu –thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của piston

2

s rad

= π ω

với n = 5500

1 Chuyển vị của piston

ta có công thức tính gần đúng chuyển vị của piston

Sp = R   ( 1 − cos ϕ ) + λ 4 ( 1 − cos 2 ϕ )   (mm)

Trong đó: Sp: độ dịch chuyển của piston

R: bán kính quay của trục khuỷu

λ: tham số kết cấu ( chọn λ = ¼)

φ: góc quay của trục khuỷu

Ta có bảng tính độ dịch chuyển của piston

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

2.Vận tốc của piston

Công thức tính gần đúng:

) 2 sin 2 (sin

φ: góc quay của trục khuỷu

Bảng giá trị vận tốc của piston

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

3.Gia tốc của piston

) 2 cos (cos

φ : góc quay của trục khuỷu

Bảng giá trị gia tốc của piston

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

II Tính toán động lực học

1 Khái quát

• khi động cơ làm việc thì cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền nói riêng và động

cơ nói chung đều chịu tác dụng của các lực như lực khí thể,lực quán

tính,trọng lực ,lực ma sát,lực quán tính

• mục đích của việc nghiên cứu động lực học là xác định các lực do hợp lực của hai loại lực trên đây tác dụng lên CKTTTK và momen do chính chúng sinh ra để làm cơ sở cho việc tính toán cân bằng động cơ

• Việc khảo sát động lực học được dựa trên phương pháp và quan điểm của cơ học lý thuyết Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diễn dưới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu α và quy ước là pittong ở ĐCT thì α = 00 Ngoài ra, các lực này thường được tính với một đơn vị diện tích đỉnh piston Về sau khi cần tính giá trị thực của các lực, ta nhân giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh piston

10 58 , 5 1

3 4

4

l m

P

5 , 9 ln

88 0

19 ln

=

chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

Pb = ( )n2

zP

1 ln

8 68

02 4 ln ln

P n

Các giá trị trung gian:

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

Với tỷ lệ xích μP = 0,035 (MPa/mm), μV= 0.003 (l/mm) Với các thông số trên ta có đồ thị như trong bản vẽ

tham số kết cấu λ = 1/4

khoảng dịch chuyển OO’= R λ/2 = Rb/8= (mm)

hi ệu ch ỉnh đi ểm c” Pc” = 1,25.Pc = 3,04(mpa)

dùng đường tròn brick để hoàn chỉnh đồ thị công

mt: là khối lượng chuyển động tịnh tiến sau quy dẫn trên một đơn vị diện tích

khối lượng chuyển động tịnh tiến qui dẫn :

Mt = Mpt + 0,3.Mtt = 0,36 + 0,3.0,64 = 0,552 (kg)

mt = Mt/ (πD2/4) = 0,0082(kg/cm2)

chọn μφ = 2o/mm μP = 0,035 Mpa/mm

khai triển đồ thị công p – v ta sử dụng hệ trục toạ độ P-φ

Tại O’ dựng các góc 30, 60,90… rồi gióng lên đồ thị công, cắt đồ thị công tại điểm

i Gióng ngang từ i sang đồ thị (P, α ) cần dựng, cắt các đường gióng từ αi tại các điểm j Nối các điểm j này, ta được đồ thị lực khí thể pkt.

Làm tương tự (gióng lên đồ thị (pj, α )) ta được đồ thị lực quán tính (pj, α )

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

5 Vẽ đồ thi T và Z:

Sau khi phân tích áp lực P thành Ptt và N ta dời áp lực Ptt về tâm chốt khuỷu.Phân tích áp Σ

lực Ptt thành áp lực tiếp tuyến T và áp lực pháp tuyến Z từ quan hệ hình học ta tính được

β

β ϕ

cos

) sin(

= PΣT

β

β ϕ

cos

) cos(

= PΣZ

4

sin arcsin(

) sin

Sau khi tính toán và chia cho tỷ lệ xích µ = 0,035 (Mpa/mm) ta được bảng sau:

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

µz = µT = 0 , 035 ( Mpa / mm )

dựa vào đồ thị T-Z ta xác định véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu :

trên đồ thị T-Z ta đánh số các điểm từ 0,1,2 72 tương ứng 00, 7200

Trên trục OZ ta dời gốc theo chiều dương một đoạn 00c :

Z

k c

14 , 3

64 , 0 7 , 0

3 , 544 04125 , 0 0063

23 , 14 ( )

035 , 0

8098 , 0

mm

Tại một điểm bất kỳ trên đồ thị,ví dụ với điểm M ta có thể xác định đựơc véctơ lực tác dụng lên chốt khuỷu (Q) có gốc là Oc độ lớn là OcM , điểm tác dụng A của nó nằm trên chốt khuỷu theo phương pháp ngoại lực tác dụng

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

Do đó hệ số va đập: χ =

tbQ

Qmax

= 144/40,3 = 3,57 Vậy χ = 3,57 < 4 thỏa mãn

*Vẽ dồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu thể hiện trạng thái hao mòn của trục và vị trí chịu tải ít

để khoan lỗ dầu.

Để vẽ đồ thị mài mòn ta tiến hành vẽ vòng tròn có bán kính R( chọn R = 80mm) tượng trưng cho chốt khuỷu, sau đó chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau và được đánh số thứ tự như bản vẽ Ao.

Tiến hành lập bảng tính tại mỗi điểm với giả thiết phạm vi ảnh hưởng của lực tại mỗi điểm là 120o sang 2 phía Với tỷ xích được chọn ta xác định được dộ dài các đoạn thẳng biểu diễn giá trị ΣQ tại các điểm chia tương ứng Sau khi xác định tất cả 24 điểm ta tiến hành nối lại và được đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

Từ đồ thị mài mòn ta thấy điểm 8 là điểm chịu mài mòn ít nhất, ta chọn đó là vị trí lỗ khoan dầu bôi trơn.

Phần II: TÍNH BỀN TRỤC KHUỶU

Sơ đồ tính lực và các ký hiệu được thể hiện như trên hình vẽ

Ta tính bền trục khuỷu khi khởi động.

Đây là trường hợp ứng với số vòng quay nM = (0,4÷0,6)nemax của động cơ nên ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính Do vậy, lực tác dụng chỉ còn lại lực áp suất lớn nhất của khí thể trong xylanh Pzmax

Giả thiết rằng lực đó xuất hiện tại điểm chết trên (gần đúng) Như vậy, lực tác dụng lên khuỷu sẽ là :

' '4

u u

d

l Z W

π = 0,146 kG/cm2 = 0.0146 MN

Wu = 0,1.0,0453.(1 - )4

045 , 0

014 0 ( ) = 9,03.10-6 m3

93 50 10

03 , 9

063 , 0 2

0146 , 0

TKMH: Động Cơ Đốt Trong……….………GVHD: LÊ HOÀI ĐỨC

3.2 Tính bền má khuỷu

- Ứng suất uốn tác dụng lên má khuỷu:

6

' '2

hb

b Z W

Mu

u

u = = σ

MN/m2

trong đó:

b, h – là kích thước của tiết diện ngang má khuỷu (coi là hình chữ nhật )

b = 0.024 m; h = 0.064 m b’ : là khoảng cách từ phản lực Z’ đến má khuỷu

- Phản lực Z’ gây ra ứng suất nén lên má khuỷu :

bh

Zn

2

= σ

- Ứng suất tác dụng lên má khuỷu là :

n

u σ σ

024 , 0 064 , 0

1 2

0146 , 0 024 , 0 064 , 0

6 02 , 0 2

0146 , 0

Vậy má khuỷu đảm bảo bền.

3.3 Tính bền cổ trục

Ứng suất uốn tác dụng lên cổ trục:

uW

'

'b

Z W

Mu

u

u = = σ

Do l’ >> b’ nên ứng suất cổ trục nhỏ hơn nhiều cổ chốt Do đó ta không cần tính bền cổ trục.

Tóm lại: Trục khuỷu đủ độ bền làm việc.