Vẽ thanh truyền và tính bền thanh truyền

tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.. ở đây nhiệm vụ chủ yếu của động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của piston.. Khi động cơ làm

Đề bài thiết kế môn học môn đcđt

đề 25

Loại động cơ 1D6

Suất tiêu hao nhiên liệu gc g/ml.h

Góc đóng muộn xupap nạp ϕ2 48 0

áp suất cuối hành trình nạp pa 0,09 (MPa)

áp suất cuối hành trình nén pc 3,6 (MPa)

áp suất cuối hành trình dãn nở pb 0,353(MPa)

Khối lợng nhóm thanh truyền mtt 5,6 kg

Yêu cầu: Vẽ thanh truyền và tính bền Thanh Truyền.

Giáo viên hớng dẫn

Lê Hoài Đức

i vẽ đồ thị công p-v.

n1 = 1,368 (chỉ số nén đa biến)

n2 = 1,284 (chỉ số giãn nở đa biến)

ρ = 1,5 (tỷ số giãn nở sớm)

μp =0.025 (MPa/mm)

μv =0.0125 (l/mm)

Vh = S.πD2/4 = 0,14.3,14.0,1352/4 = 0,002 (m3) = 2 (l)

Vc =

1

−

ε h

V

=

1 17

2

− = 0,125 (l).

Va = Vc + Vh = 0,125 + 2 = 2,125 (l)

Lấy lVh = 2R = 160 (mm).( lVh:thể tích làm việc của xi lanh)

Xác định các điểm tính toán :

điểm a (Va ; Pa) = (170 ; 3,4)

điểm b (Vb ; Pb) = (170 ; 11,6)

điểm c (Vc ; Pc) = (10 ; 164)

điểm z (Vz ; Pz) = (10 ; 262,3)

điểm r (Vr ; Pr ) = (10 ; 4,4)

Xác định điểm z’ :

VZ’ = ρ.Vc = 1,5.0,125 = 0,1875 (l) ; lVz' = 15 (mm)

điểm z’(15 ; 262,3)

Vẽ các đờng cong ac ; zb qua các điểm trung gian tơng ứng ci, bi

l1= 50 (mm); l2= 90 (mm); l3= 130 (mm)

1

i

a a n

ci

a a ci

l

l P V

V P P









=









=

2 2

2

.

i

c z

n

bi

c z

n

bi

z z

l P

V

V P

V

V P P









=









=









) (

453 , 0 50

170 085

, 0

368 , 1











=

lPc1= 18 (mm).

) (

203 , 0 90

170 085

, 0

368 , 1











=

lPc2= 8 (mm)

) (

123 , 0 130

170 085

, 0

368 , 1











=

lPc3= 5 (mm)

) (

353 , 2 50

10 5 , 1 5584 ,

6

284 , 1











=

lPb1= 94 (mm)

) (

106 , 1 90

10 5 , 1 5584 ,

6

284 , 1











=

lPb2= 44 (mm)

) (

69 , 0 130

10 5 , 1 5584 ,

6

284 , 1











=

lPb3= 28 (mm)

Hiệu đính đồ thị công bằng đờng tròn brich

Vẽ về phía ĐCD điểm O1 một đoạn OO1 = Rλ/2 = 70/2.4 = 8,75 (mm)

Hiệu đính b’:

Góc mở sớm xupap thải ϕ3 = 48o

Hiệu đính c’:

Góc phun sớm ϕs = 28o

Hiệu đính c’’:

Pc’’ = Pc +

2

1 (Pz - Pc )

= 4,099 +

2

1 (6,5584 - 4,099) = 4,9188 (MPa)

Hiệu đính b’’:

Pb’’ = Pb -

2

1 (Pb - Pr)

= 0,2905 -

2

1 (0,2905 - 0,11) = 0,20025 (MPa)

Hiệu đính z’’:

Pmax tại ϕ = 375o

ii tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.

ở đây nhiệm vụ chủ yếu của động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của piston

2.1 Chuyển vị của piston.

Chuyển vị của piston x đựơc xác định theo công thức sau:

x = R.{(1-cosϕ) + λ4.(1- cos2ϕ)}

với x - chuyển vị của piston (mm)

R - bán kính quay trục khuỷu

R = S/2 = 140/2 = 70 (mm) = 0,07(m)

ϕ - góc quay trục khuỷu (o)

Đặt A = (1-cosϕ) + λ4.(1- cos2ϕ)

x = R.A

Chọn λ =

4

1

Lập bảng giá trị:

60 0.594 41.563 240 1.594 111.563

Hình 1: Đồ thị chuyển vị của Pittong Ngoài ra độ dịch chuyển x còn đợc xác định bằng phơng pháp hình học :

x = R.{(1-cosϕ) + λ4.(1- cos2ϕ)}

x1 = R (1-cosϕ) ; x2 = R

4

λ

.(1- cos2ϕ)

Vẽ hai vòng tròn R1& R2: àR= 1,4 (mm/mm)

R= 70 (mm) → R1= 50 (mm);

R

4

λ

= 4,375 (mm) → R2= 3,125 (mm);

2.2 Tốc độ piston.

Tốc độ piston Vp đợc xác định theo công thức:

Vp = R.ω.(sinϕ + λ2 sin2ϕ) (m/s)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Đặt B = sinϕ + λ2 sin2ϕ

Vp = R.ω.B

ω = 2π.n/60 = 2π.1500/60 = 157 (rad/s)

với λ = 1/4

Lập bảng giá trị:

Hình 2: Đồ thị vận tốc Pittong Ngoài ra tốc độ V của piston còn đợc xác định bằng phơng pháp hình học :

Vp = R.ω.(sinϕ + λ2sin2ϕ)

-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

V1= R.ω.sinϕ ; V2= R.ω

2

λ

sin2ϕ ;

Vẽ hai vòng tròn R1& R2: àR= 0,22 (mm/mm)

R ω = 11 (mm) → R1= 50 (mm);

R ω

2

λ = 1,4 (mm) → R2= 6,4 (mm);

2.3 Gia tốc của piston.

Gia tốc của piston Jp đợc xác định theo công thức sau:

Jp = R.ω2.(cosϕ + λ.cos2ϕ) (m/s2)

Đặt C = cosϕ + λ.cos2ϕ

Jp = R.ω2.C

Lập bảng giá trị:

ϕ(°) C Jp = Rω².C

(m/s²)

ϕ(°) C Jp = Rω².C

(m/s²)

Hình 3: Đồ thị gia tốc Pittong Ngoài ra gia tốc JP của piston còn đợc xác định bằng phơng pháp hình học :

Jp = R.ω2.(cosϕ + λ.cos2ϕ)

J1 = R.ω2 ; J2= R.ω2 λ ;

Vẽ hai vòng tròn R1& R2: àR= 34 (mm/mm)

R ω2 = 1725 (mm) → R1= 51 (mm);

R ω2 λ = 431 (mm) → R2= 12,7 (mm);

III Tính toán động lực học.

Khi động cơ làm việc, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (CCTKTT) nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụng của các lục nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát Khi tính toán động lực học, ta chỉ xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực quán tính

Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do hợp của hai loại lực trên tác dụng lên CCTKTT và mô men do chúng gây ra để làm cơ

sở cho việc tính toán cân bằng động cơ, tính toán sức bền các chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn và tính toán dao động xoắn của hệ trục khuỷu

3.1 Lực khí thể P kt

Từ đồ thị công P-V ta vẽ đợc đồ thị lực Pkt bằng phơng pháp đồ thị

Pj = - mj'.Rω2(cosϕ + λcos2ϕ)

mj' - khối lợng chuyển động tịnh tiến quy dẫn trên một đơn vị diện tích đỉnh piston

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0 500000

1000000

1500000

2000000

mj' =

p

j

F

m

=

p

np

F

m

m + 1

mnp - Khối lợng nhóm piston; mnp = 4,585 (kg)

m1 - Khối lợng của thanh truyền tập trung ở tâm đầu nhỏ thanh truyền lấy m1 = 0,365.mtt = 0,365.3,65 = 1,332 (kg)

mtt - Khối lợng nhóm thanh truyền

Fp - Diện tích đỉnh piston

Fp = π.D2/4 = 6 2

10 4

135 14 , 3

= 0,0143139 (m2)

mj' = 40,,580143139+1,332= 413,392 (Kg/m2)

Xây dựng đồ thị Pj bằng phơng pháp Tôlê:

Pjmax = mj' jmax = mj'.R ω².(1+λ) 10-6

= 413,392 70.10-3

1572 (1+0,25) 10-6 = 0,8916 (MPa/m2)

AE= 36 (mm)

Pjmin = -mj' jmin = mj'.R ω².(1-λ) 10-6

= 413,392 70.10-3

1572 (1-0,25) 10-6 = -0,535 (MPa/m2)

BF= 21,4 (mm)

Pjtb = -mj' jtb = mj'.R ω².3λ 10-6

= 413,392 70.10-3

1572 3 0,25) 10-6 = -0,535 (MPa/m2)

MK= 36 (mm)

3.3 Cộng đồ thị.

P∑ = Pj + Pkt

3.4 Hợp lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.

Ptt

N

Ptt T Z

Pk Ptt

Ptt

N

O

Pkt

β

ϖ

Lực tác dụng trên chốt piston P∑ và nó đẩy thanh truyền (hình 3.1), đợc

xác định theo công thức:

P∑ = Pkt + Pj

Trong đó P∑ đợc phân thành hai thành phần:

Ptt - Tác dụng trên đờng tâm thanh truyền

N - Tác dụng trên phơng thẳng góc với đờng tâm xylanh

kt

Ρ = Ρtt +Ν

Rời Ptt xuống tâm chốt khuỷu rồi phân thành hai thành phần: Lực tiếp

tuyến T và lực pháp tuyến Z

T = Pttsin(ϕ + β) = P∑ sin(ϕ + β)/cosβ

Z = Ptt cos(ϕ + β) = P∑ cos(ϕ + β)/cosβ

ϕ (o) P∑ (mm) sin(ϕ + β)/cosβ T (mm) cos(ϕ + β)/cosβ Z (mm)

270 10 -1.0002 -10.00 -0.2582 -2.58

3.5 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Từ gốc O dựng xuống phía dới theo chiều trục Oz điểm O’ sao cho:

OO’ = Pk2 = -m’2R.ω²

với m’2 - Khối lợng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu trên một đơn vị diện tích

m2 = 0,635.mtt = 0,635.3,65= 2,32 (Kg)

m’2 = m2/Fp = 2,32/0,0143139 = 161,923 (Kg/m2)

Pk2 = -161,923 0,07 1572.10-6 = - 0,28 (MPa/m2)

Khoảng dịch chuyển :

L = Pk2/μp = 0,28/0,025 = 11,2 (mm)

2

Q = + + 

Căn cứ vào đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, vẽ đồ thị Q - ϕ Căn cứ vào đồ thị Q - ϕ đếm số ô ta có tổng diện tích là (mm2) với chiều dài

360 (mm)

Ta tìm đợc Qtb:

Qtb = 14400/360 = 40 (mm).

Do đó hệ số va đập sẽ là:

Χ = Kmax/Ktb= Qmax /Qtb = 208/40= 5,2 > 4

NX: nếu Kmax bé hơn trị số Kmax cho phép rất nhiều thì vẫn thoả mãn Nếu

không ta phải tăng lực quán tính của chuyển động quay bằng cách tăng khối l-ợng m2 hoặc tăng khối lợng cổ biên

3.7 Đồ thị mài mòn.

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= 250(mm) tợng trng cho chốt khuỷu, sau đó chia vòng tròn thành 12 phần

đều nhau và đợc đánh số thứ tự nh bản vẽ

Tiến hành lập bảng tính tại mỗi điểm với giả thiết phạm vi ảnh hởng của lực tại mỗi điểm là 1200 sang 2 phía, ta xác định đợc độ dài các đoạn thẳng biểu diễn giá trị Q tại các điểm chia tơng ứng với tỉ lệ àQ = 15 (mm/mm) Sau khi xác định đợc tất cả các điểm trên ta tiến hành nối các điểm đó lại sẽ đợc

đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Bảng giá trị hợp lực tác dụng trên mặt chốt khuỷu.

Q9 54 54 54 54 54

∑Qi 463 393 223 89 200 322 362 409 480 495 498 501

l∑Qi 30,9 26,2 14,9 5,9 13,3 21,5 24,1 27,3 32 33 33,2 33,4

Từ đồ thị mài mòn cho thấy cung chịu tải nhỏ nhất của chốt khuỷu, nh vậy

ta có thể chọn một điểm trong cung này để làm vị trí khoan lỗ đầu

IV Tính bền đầu nhỏ thanh truyền:

5

R25

ỉ5

ỉ65

38

10 38

R170

+0.28

+0.039

- 0.05

4

8

3

3

R100

42

H=31

r 2 =20

ρ

s=5.5

c c

A A

2

ỉ11

38

99

27

+0.0 25

+0.1

7

7

7

4

81

Xét tỷ số:

1

2

d

d

= 29

40

< 1,5 → loại đầu nhỏ mỏng, tính theo lý thuyết thanh cong bị ngàm ở tiết diện chuyển tiếp từ đầu nhỏ đến thân Lực tác dụng lên đầu nhỏ khi chịu kéo chỉ là lực quán tính của nhóm piston

Pj = Mnp.R ω2.(1+λ)

= 4,585.70.10-3 1572.(1+0,25).10-6 =0,00954 (MPa)

ρ=(d1+ d2)/4 : bán kính trung bình đầu nhỏ

→ρ=(29+ 40)/4= 17,25 (mm)

Phơng pháp tính:

* Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí ngàm là chỗ chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân ( tiết diện C-C) ứng với góc γ bằng:

γ= 900+ arccos(

1 2 1

2 /

ρ

ρ +

+

r

H

)= 900+ arccos(3120/2++3535) = 1140

Do tính chất đối xứng của ngàm

nên khi tính toán, ta cắt bỏ đi một nửa

và thay thế nó bằng một lực pháp tuyến

và mômen uốn NA và MA tính gần đúng

theo biểu thức sau:

MA= Pj.ρ.(0,00033γ- 0,0297) (MN.mm)

= 0,00954.17,25.10-3.(0,00033.114 -

0,0297)

= 1,3.10-6 (MN.mm)

NA= Pj.(0,572 - 0,0008) (MN)

=0,00954.(0,572 - 0,0008)

= 0,00545 (MN)

Giá trị γ trong 2 biểu thức trên đợc tính theo độ;

* Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình đầu nhỏ ρ là lực phân bố đều có giá trị bằng:

γ

A A

B B

q

q =

ρ

λ

ω

) 1 (

2

2 +

= M R

P j np

(MN/m) =2 17 , 25 10 3

00954 , 0

− = 0,276 (MN/m) Tính mômen uốn và lực kéo tại tiết diện nguy hiểm C-C:

MjC = MA + NA.ρ.(1- cosγ) - 0,5Pj.ρ.(sinγ- cosγ) (MN.m)

→ MjC = 1,3.10-6 + 0,00545.17,25.10-3.(1- cos114)

-0,5.0,00954.17,25.10-3.(sin114- cos114)

= 2,49.10-5 (MN.m)

→ NjC = 0,00545 cos114+ 0,5.0,00954.(sin114- cos114) (MN)

= 0,00408 (MN)

Đầu nhỏ đợc ép căng bạc lót nên có sự biến dạng đồng thời của đầu nhỏ và bạc lót Trong đó đầu nhỏ chịu biến dạng kéo, bạc lót chịu biến dạng nén Do vậy, khi làm việc đầu nhỏ thanh truyền không chịu toàn bộ lực kéo Nj mà chỉ phải chịu một phần lực kéo đó, đặc trng bằng hệ số giảm tải χ

Hệ số χ phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết mối ghép ( bạc lót và đầu nhỏ) đợc xác định nh sau:

χ=

b b d d

d d

F E F E

F E

.

.

+

Ed, Fd : mômen đàn hồi và tiết diện dọc đầu nhỏ

Ed= 2,2.105 (MN/m2)

Fd= lđ.(d2- d1) (m2)

Eb, Fb : mômen đàn hồi và tiết diện dọc bạc lót

Eb = 1,15.105 (MN/m2)

→χ =2,2.105.382(,402.1029.38)(401,1529.10)5.38.1,5.2

5

+

−

−

= 0,875

Do vËy, øng suÊt trªn ®Çu nhá lµ :

σnj = [ jC N jC

s s

s

) 2 (

6

ρ

+

+

].l s

d 1

σtj = [- jC N jC

s s

s

) 2 (

6

ρ

−

−

].l s

d 1

ld, s: chiÒu dµi vµ chiÒu dµy ®Çu nhá

σnj = [ jC N jC

s s

s

) 2 (

6

ρ

+

+

].l s

d 1

) 5 , 5 25 , 17 2 (

10 5 , 5

5 , 5 25 , 17 6 0000249 ,

0

+

+

1

−

= 135 (MN/m2)

σtj = [- jC N jC

s s

s

) 2 (

6

ρ

−

−

].l s

d 1

) 5 , 5 25 , 17 2 (

10 5 , 5

5 , 5 25 , 17 6 0000249 ,

0

−

−

1

−

= 129 (MN/m2)

Mục lục :

đề bài 1

I Vẽ đồ thị công P-V 2

II.Tính toán động học cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền 4

2.1 Chuyển vị của pittong 5

2.2 Tốc độ của pittong 7

2.3 Gia tốc của pittong 9

III Tính toán động lực học 10

3.1 Lực khí thể Pkt 10

3.2 Lực quán tính Pj 10

3.3 Cộng đồ thị 11

3.4 Hợp lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền 12

3.5 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 13

3.6 Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 14

3.7 Đồ thị mài mòn 14

IV Tính bền đầu nhỏ thanh truyền 16