Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền tay biên (kèm bản vẽ cad)

Tính sức bền đầu nhỏ của thanh truyền,Tính sức bền thân thanh truyền, Tính sức bền đầu to thanh truyền, bản vẽ thanh truyền,Điều kiện làm việc,Vật liệu chế tạo thanh truyền,Kết cấu của thanh truyền,Bạc thanh truyền,Bu long thanh truyền,Khoa cơ khí đh lâm nghiệp

Trang 1

Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP

Mục lục 1.Mô tả chung về thanh truyền……… ………

1.1 Nhiệm vụ……… ……….

1.2.Điều kiện làm việc……….……….

1.3.Vật liệu chế tạo thanh truyền ………

1.4.Kết cấu của thanh truyền ……….………

1.5.Bạc thanh truyền……… ……

1.6.Bu long thanh truyền………

2 Xác định các thông số cần thiết………

2.1.Thông số cho trước của thanh truyền………

2.2.Các thông số tính toán………

2.3.Khối lượng nhóm thanh truyền………

2.4.Bảng thông số tính toán……… …

3 Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền ………

3.1.Tính sức bền đầu nhỏ của thanh truyền………

3.2.Tính sức bền thân thanh truyền……….………

3.3.Tính sức bền đầu to thanh truyền……….……….

Trang 2

Khoa Cơ Khớ – Trường ĐH LÂM NGHIỆP

Phần 1: Khái quát chung về nhóm thanh truyền

1.1 Nhiệm vụ

Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu Nó có nhiệm vụ truyền lực khí thể

từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc trong quá trình nạp, nén, xả

Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

1.2 Điều kiện làm việc

+ Thanh truyền chịu lực khí thể trong xi lanh

+ lực quán tính của nhóm piston

+ lực quán tính của bản thân thanh truyền

Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập Dưới tỏc dụng của cỏc lực đú trong quátrình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọc và khi đổi chiều chuyển

động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang Khi động cơ làm việc, cỏc lưc trờn thayđổi theo chu kỳ vỡ vậy tải trọng tỏc dụng lờn thanh truyền là tải trọng động

5: Nửa trên thanh truyền

6: Bạc đầu to thanh truyền

7: Nửa dới thanh truyền

Hình 1.1 : Kết cấu của thanh truyền

- Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần:

+ Đầu nhỏ thanh truyền : đ u l p ầ ắ ghộp v i ch t pistonớ ố

+ Đầu to thanh truyền : đ u l p ầ ắ ghộp v i ch t khu uớ ố ỷ

+ Thân thanh truyền : n i ố đ u nh vầ ỏ iớ đ u toầ

+ Bu lông thanh truyền

+ Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền

Sau đây ta xét từng bộ phận cụ thể :

a Đầu nhỏ

Là bộ phận để lắp chốt píton Khi chốt lắp tự do nó có cấu tạo hình trụ rỗng đôi khi códạng hình ôvan để tăng độ cứng vững Trên động cơ xăng đầu nhỏ thờng làm mỏng Khilắp chốt tự do phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ Thông thờng dầubôi trơn đợc đa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đờng dẫn dầu đợc khoan

Trang 3

Hình 1.2 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền

dọc trong thân thanh truyền Trong động cơ ôtô máy kéo chốt piston đợc bôi trơn theokiểu vung té Do đó đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu hoặc rãnh hứng dầu Kếtcấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép

Hình 1.2 : Các loại đầu nhỏ thanh truyền

Trong các hình trên (1.2a,b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtô hiện nay vì khảnăng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc lót, hoạt động đồng đều, bạclót thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hơp kim chịu mòn

b Thân thanh truyền

Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền Khoảng cách giữa hai tâm đầu nhỏ và

đầu to gọi là chiều dài ảo của thanh truyền l phụ thuộc vào thông số kết cấu

=

λ

R/l Đại đa số các động cơ ngày nay có

=

λ

0,24 0,30 Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền thờng chọn trong khoảng sau đây d1/d2 = 1,2 1,3

Hình 1.3 Các loại tiết diện thân thanh truyền + Hình 1.3a thân có tiết diện tròn , + Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I, + Hình1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, +Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip,

Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I Tuy nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơ ôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, đ-ờng kính lỗ dẫn dầu nằm trong khoảng 4 8 mm Đôi khi để tăng độ cứng vững và để khoan

lỗ dẫn dầu, ngời ta làm gân dọc suốt chiều dài thanh truyền Khi không khoan đợc lỗ dẫn dầungời ta gắn ống dẫn dầu phía ngoài thân Kích thớc thân thanh truyền thờng thay đổi từ nhỏ

đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền, còn chiều dài của thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thanh truyền

c Đầu to thanh truyền

Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng

Trang 4

+ Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời cho phép giảm kích thớc hộp trục khuỷu

+ Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn lớn để tăng độ cứng vững

+ Dễ dàng lắp ghép cụm piston - thanh truyền với trục khuỷu Đầu to đợc phân làm 2 nửanửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to

- Kích thớc đầu to thanh truyền phụ thuộc vào chốt khuỷu Do trục khuỷu là một chi tiết chịu tải trọng động lớn lên để tăng độ cứng vững ngời ta thờng dùng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục

- Đờng kính chốt lớn kéo theo đầu to thanh truyền lớn, vì vậy cần giảm kích thớc đầu to

đảm bảo cho thanh truyền đút qua đợc xilanh khi lắp ghép

Hình 1.5 Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền.

Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (Hình 1.5a,b) là phổ biến nhất vì nó tăng đợc tiết diện của thanh truyền, tăng đờng kính của trục cơ, dễ tháo lắp

Hình 1.4 Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền.

1 Vấu lỡi gà định vị

2 Bạc lót

Trang 5

1.5 Bạc thanh truyền

a) Bạc đầu nhỏ

- Khi lắp chốt piston xoay tơng đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏ có ép vào

1 bạc đồng mỏng dày 1  4mm để giảm ma sát, chống mòn Bạc đợc ép vào lỗ rồi doa lại cho chính xác Bạc lót đầu nhỏ thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hợp kim chịu mòn, chiều dày bạc vào khoảng (0,080 0,085)dc (dc là đờng kính chốt piston) Khe hở hớng kính giữa bạc lót đầu nhỏ và chốt piston thờng lấy bằng = (0,0004 0,0015)dc

b) Bạc đầu to

- Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu

- Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thờng có rãnh dẫn dầu bôi trơn trong bạc vàkhoan lỗ dẫn dầu Bạc lót thanh truyền bao gồm bạc thép phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên phía trong của gộp thép

- Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn :

+ dễ đúc và dễ bám với vỏ thép

- Ngời ta chia vật liệu chịu mòn ra làm 3 nhóm :

+ nhóm kim loại : gồm babit, đồng thanh - thiếc, đồng thanh - chì, hợp kim nhôm, hợpkim kẽm, gang chống mòn

+ nhóm phi kim loại : gồm chất dẻo, gỗ ép

+ nhóm kim loại gốm : gồm các bột kim loại ép nh : sắt - graphit, đồng thanh - graphit

- Kết cấu bạc lót : tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót tùy theo chiều dày của lớp hợp kimchịu mòn, bạc lót đợc chia làm 2 loại, bạc lót dày và bạc lót mỏng

1.6 Bu lông thanh truyền

a) Chức năng

- Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền Nó có thể ở dạng

bu lông hay vít cấy (gujông)

b) Điều kiện làm việc

- Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu khi lắp ghép, lực quántính của khối lợng vận động tịnh tiến và lực quán tính ly tâm của khối lợng vận độngquay Các lực trên thay đổi theo chu kỳ nên bu lông thanh truyền chịu tải trọng động vàsức bền mỏi

c) Vật liệu chế tạo

- Bu lông thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm,mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyền có hàm lợng kimloại quí càng nhiều

d) Kết cấu

Trang 6

Hình 1.6 Một dạng kết cấu của bu lông và gujông

1.6a bu lông thanh truyền 1.6b vít cấy gujông thanh truyền

- Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nối bằng bu lông( hình 1.6a) và gujông (hình 1.6b)

Hình dạng và kết cấu của bulông thanh truyền có rất nhiều kiểu, chủ yếu do công dụng của động cơ và các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của bulông Thiết kế và chế tạo bulông thanh truyền cần phải đảm bảo sao cho nó chỉ chịu lực kéo, tránh các lực cắt và uốn bulông Muốn vậy phải thực hiện các biện pháp sau đây :

+ gia công bề mặt tựa

+ bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sức bền mỏi

+ nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren

Chiều dài thanh truyền 220 mm

Khối lượng nhúm piston 2,15 kg

Khối lượng thanh truyền 3,65 kg

Trang 7

⇒

d0

= (0,6

Trang 8

Trang 9

1

2

d d

=40

• §êng kÝnh trong ®Çu to thanh truyÒn :

' 1

∆

+'

2

∆

-)3

∆Víi:

' 1

∆

:

Trang 10

' 1

∆

= (0,03

÷

0,05)dck

⇒

' 1

∆

(mm)

' 2

∆

: Khe

' 2

∆

=1(mm)

' 3

∆

: ChiÒu

' 3

∆

= (0,2

÷

0,7)(mm)

Chän:

' 3

∆

Trang 11

2.3 Khèi lîng nhãm thanh truyÒn

• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu nhá m1 = (0,275

• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu to thanh truyÒn

m2 = mtt - m1 = 3,65 - 1,1= 2,55 (kg)

Trang 12

Trang 13

Phần 3 : Tính toán kiểm nghiệm bền

3.1 Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.

Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:

- Lực quán tính của nhóm piston

- Lực khí thể

- Lực do biến dạng gây ra

- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắpghép bạc lót có độ dôi gây nên

Các lực trên gây ra ứng suất: uốn, kéo, nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền

Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thờng tính ở chế độ công suất lớn nhất Nếu động cơ có

bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ này cũng là tính toán

ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ Nếu không có bộ phận giới hạn sốvòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể vợt quá sốvòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne=25%

ữ

30% tức là: Nmax

Hình 3.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền

a Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo

Tính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí ngàm là chỗchuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc

γ

bằng

1 2

1

0 arccos 2 90

ρ

ρ γ

+

+ +

=

r H

(3-1)

Trong đó:

Trang 14

Bán kính trong của đầu nhỏ :

H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ

Thay vào (3-1):

0

3029

3020arccos

+

++

=γ

- Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thay thế bằngcác lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA

- Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ, bạc lót và đầu nhỏ đều biến dạng

Mô men uốn Mj và lực kéo Nj ở tiết diện bất kỳ trên cung AA - BB

) 0297 , 0 00033 , 0

ρ (MNm)

) 0008 , 0 572 , 0

(MN)

tronghai biểu thức trên tính theo độ

Trong đó:

- pj : Lực quán tính của nhóm piston

2ω

.(1+

λ

) (sỏch tttk ụ

tụ t42) (3-2)

Trang 15

Víi: m

np

:Khèi îng nhãm piston

m

np

= 2,15 (kg)

λ

: Tham sè kÕt cÊu;λ

.n

π

=77

,15130

1450

=π

(rad/s)

R = S/2 = 122/2 =61 (mm)Thay vµo (3-2) :

⇒

pj = 2,15.61.103

−

.151,772

.(1+ 0,277) = 0,000386 (MN)

,244

58404

2

1+d = + =

d

(mm)

Trang 16

Do đó : MA= 0,000386.24,5.10

3

−

.(0,00033.1200

q =

=ρ

5 , 24 2

− =

Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị ở

Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo

Dựa vào sơ đồ đó, ta có thể xác định các đại lợng mô men uốn và lực kéo tại tiết diện bấtkì của dầm cong Dầm cong bao gồm hai cung: cung có lực phân bố

Trang 17

(

) 90 ( λx ≤ 0

) vµ cung

) 90 ( λx ≥ 0

- Khi

) 90 ( λx ≤ 0

ta

cã :

M«men u n:ố

Mj = MA+NAρ(1−cosγx)-0,5.Pjρ.(1-cosγx) (3-3) Lùc kÐo:

- Khi

) 90 ( λx ≥ 0

ta

cã :

M« men uèn : Mj = MA + NA

)cos.(sin

Pj.5,0)cos1

)(3-6)

Tõ c¸c biÓu thøc (3-5) vµ (3-6), ta thÊy Mj vµ Nj trªn cung BC (

0 90

≥

x

γ

) cã gi¸ trÞ lín h¬n, tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn ngµm C - C

Nh vËy m« men uèn vµ lùc kÐo t¹i tiÕt diÖn ngµm C -C b»ng :

)

Trang 18

+

cosγ

0,5.0,000386.24,5.10-3.(sin120

)-0

-cos1200

0

- cos1200

) = 1,71.10-4 (MN)

Do có ép bạc lót đầu nhỏ nên có sự biến dạng đồng thời của đầu trục và bạc lót, trong đó

đầu nhỏ bị biến dạng kéo, còn bạc lót chịu biến dạng nén Do vậy phần của lực kéo đó,

b b d d

d d

F E F E

F E

+

=χ(3-7)

Trang 19

- Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; E

d

= 2,2.105

(MN/m2

Trang 20

2

- d

1

) = 33.10-3 (58.10

3

−

- 40.10

3

−

) = 5,94.10-4 (m2)

- Fb : tiÕt diÖn däc cña b¹c lãt

3

−

) = 1,65.10-4 (m

2

)Thay s ố vào ta đư c :ợ

87,010.65,1.10.15,110.94,5.10.2,2

10.94,5.10.2,2

4 5

=+

=

= J

N χ(MN)

Do vËy, øng suÊt trªn ®Çu nhá trong trêng hîp cã Ðp b¹c lãt sÏ lµ:

s l

N s s

s M

d k j

nj

1

1 ] ) 2 (

6 2

(sách ttđc đốt trong ct2.4)

s l

N s s

s M

d J j

nj

1

1 ] )

2 (

6 2

=

Trang 21

S là chiều dày đầu nhỏ

9

= 20 - 29

= r1 - r2

= S(mm)

Thay vào ( 3-8) ta đợc:

37,110.9.10.33

1)]

10.71,187,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6.10.33,4.2

3 3

3

3 3

s l

N s s

s M

d J j

tj

1

1 ] )

2 (

6 2

62 , 0 10

9 10 33

1 )]

10 71 , 1 87 , 0 ) 10 9 10 5 , 24 2 (

10 9

10 9 10 5 , 24 6 10 33 , 4 2

3 3

3

3 3

Hình 3.3 ứng suất trên mặt trong và mặt ngoài của đầu

nhỏ thanh truyền khi chịu kéo.

Nếu giá trị Mj , NJ đợc tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta xẽ tính toán đợc ứng

suất tại các tiết diện đó biết đợc quy luật phân bố ứng suất trên mặt ngoài và mặt trong

của đầu nhỏ (Hình 3.3)

b Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu nén.

Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của

khối lợng piston

PΣ = Pkt + Pjp = pz Fpt + Mnp.R

2ω

(1 +

λ

) (ct 2.43 sỏch ttttk ụ tụ)

Trang 22

Trong đó:

- Fpt : Diện tích đỉnh piston;

- Fpt =

3 2

10 7 , 2 4

) 10 104 ( 4

Trang 23

ρ.

∑

.= 0,0011

Hình 3.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền.

Mô men uốn và lực pháp tuyến (lực kéo) trên cung AB (

0 90

ρ −(3-11)

Nz1 = 1,158.10-5 cos600

= 5,79.10-6(MN)

Trang 24

0 90

1sin2

sin()cos1

π

−γπ

γ

−

γρ

−γ

1 sin 2

sin (

π

γπ

γγ

2π

(rad)

) 3

2 cos

1 3

2 sin 3 2

23

2 sin (

,5.10 0,00386.24 -

) 3

2 cos - (1 24,5.10 1,158.10

+ 1,04.10

=

z 2

ππ

1 3

2 sin 3 2 2 3

2

π

ππ

−

−)=-1,24.10-3 (MN)

Trang 25

S l

N s s

s M

d Z z

nz

1

1 ] )

2 (

6 2

N s s

s M

d z z

tz

1

1 ] )

2 (

6 2

Thay giá trị MZ, NZ bằng MZ1, MZ2, NZ1, NZ2 theo biểu thức (3-8) và (3-9), ta sẽ tìm đợc

ứng suất tại tiết diện bất kỳ trên mặt trong và mặt ngoài của đầu nhỏ và ta vẽ đợc biểu đồ

3

-3 3

3 3

7 -

10.9.10.33

1)]

5,79.10.(

87,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6 1045,2.2

++

=0,51 (MN/m

2

)

Trang 26

3

-3 3

3 3

7 -

10.9.10.33

1)]

-1,24.10.(

87,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6 1004,1.2

++

]

=0,21 (MN/m

2

)1

tz

σ

=

3 3 6

3

-3 3

3 3

7 -

10.9.10.33

1)]

.1079,5.(

87,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6 1045,2.2

tz

σ

=

3 3 3

3

-3 3

3 3

7 -

10.9.10.33

1)]

-1,24.10.(

87,0)10.910.5,24.2.(

10.9

10.910.5,24.6 1004,1.2

ứng suất biến dạng gây ra do sự biến dạng vì dãn nở nhiệt và vì lắp ghép có độ dôi giữa

lót đầu nhỏ và đầu to thanh truyền

Độ biến dạng của đầu nhỏ khi chịu nhiệt độ là:

1.)( b tt t d

t = α −α

∆(3-13)

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	1,27 MB
File đính kèm	tuancad2007.rar (263 KB)