Đề cương bài giảng tính toán thiết kế ô tô

Đụ̣ng lực học cơ cṍu trục khuỷu thanh truyờ̀n giao tõm Trong động cơ đốt trong kiểu piston, th-ờng dùng hai loại cơ cấu trục khuỷu thanh truyền loại giao tâm là loại đ-ờng tâm chốt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG

HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ô TÔ

SỐ TÍN CHỈ: 02

LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hưng Yên - 2015

- Động cơ đặt ở giữa xe (loại MR)

- Động cơ đặt ở đằng sau xe (loại RR)

1.1.1 Các vị trí dặt động cơ trên các xe hiện nay

Dưới đây là vị trí của động cơ trên các loại xe cụ thể:

Hình 1: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có

cầu trước chủ động

Hình 2: Động cơ đặt trước loại hộp số tự động có

cầu trước chủ động

Hình 3: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có Hình 4: Động cơ đặt trước loại hộp số thường có

cầu sau chủ động cầu sau chủ động

1.1.2 Các sơ đồ bố trí động cơ trên các loại xe

Trên ô tô có rất nhiều cách để bố trí động cơ ô tô, tùy theo loại xe cụ thể mà có cách bố trí

riêng sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng

a Bố trí động cơ trên xe con

2

H L

§ C

H L

§ C

H L

§ C

H C L DC

H L

C

C D

H L

P C

C D K

DC

DC DC

Hình 5: Các vị trí đặt động cơ trên xe con

b Bố trí động cơ trên xe khách:

3

Hình 6: Các vị trí đặt động cơ trên xe khách

c Bố trí động cơ trên xe tải:

Hình 7: Các vị trí đặt động cơ trên xe tải

1.2 BỐ TRÍ CÁC HỆ THỐNG GẦM Ô TÔ

1.2.1 Hệ thống treo

Hệ thống treo ở đây đƣợc hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi

Hình 9 Vị trí hệ thống phanh dầu trên ô tô

b Hệ thống phanh khí

Kết cấu của hệ thống phanh khí gồm có cơ cấu phanh và bộ phận dẫn động phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra sức cản chuyển động của ô tô Còn bộ phận

hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng được hoàn thiện

2

Hình 11 Bố trí hệ thống lái trên ô tô

6

ch-ơng II

Động học, động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh

truyền

2.1.Đụ̣ng lực học cơ cṍu trục khuỷu thanh truyờ̀n

2.1.1 Đụ̣ng lực học cơ cṍu trục khuỷu thanh truyờ̀n giao tõm

Trong động cơ đốt trong kiểu piston, th-ờng dùng hai loại cơ cấu trục khuỷu thanh

truyền loại giao tâm là loại đ-ờng tâm chốt piston nằm trên mặt phẳng chứa đ-ờng tâm

xylanh và tâm trục khuỷu ; loại lệch tâm là loại đ-ờng tâm chốt piston không nằm trên

mặt phẳng chứa đ-ờng tâm xylanh ( loại lệch tâm chốt) hoặc mặt phẳng chứa đ-ờng tâm

xylanh không chứa đ-ờng tâm trục khuỷu ( loại lệch tâm xylanh)

2.1.1.1.Qui luật động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

Nghiên cứu qui luật chuyển động tịnh tiến của piston là nhiệm vụ chủ yếu của động

học để tiện việc nghiên cứu, ta giả thiết trong quá trình làm việc, trục khuỷu quay với

một tốc độ góc không đổi

a Chuyển vị của piston

Hình 1.1 giới thiệu sơ đồ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm Từ hình 1.1

ta thấy chuyển vị x tính từ điểm chết trên (ĐCT) của piston tuỳ thuộc vào vị trí của trục

khuỷu ( trị số của x thay đổi theo góc quay  của trục khuỷu ) Từ hình vẽ ta có:

Đây là dạng công thức chính xác của chuyển vị piston Để tính toán trị số gần đúng của x,

ta có thể dùng công thức gần đúng Từ tam giác OCB’, ta có:

1 sin

8

1 sin

2

1

Bỏ các số hạng luỹ thừa bậc 4 trở lên rồi thay

trị số gần đúng của cos vào ph-ơng trình (2-1), sau khi rút gọn ta có công thức gần đúng sau đây:

( 1 cos 2 )]

4 ) cos 1

d d

d d

d

t x

là tốc độ góc của trục khuỷu

Hình 2.1 Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh

truyền giao tâm

8

vR sin 2) RB

2 (sin (2-4)

c Gia tốc của piston

Lấy đạo hàm của công thức (1-3) đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc của piston:

d d

d d

d

t v

t



jR2(coscos 2) (2-5) Hoặc jR2C

Trong đó:

) 2 cos

d j

Tức là : (sin 2sin 2)  sin 4sincos sin( 1  4cos)  0

Từ ph-ơng trình trên ta có :

0 sin khi   0 và 0

180





0 cos 4

4

1 arccos(



  cực trị của gia tốc bằng:

9

8

1 1 ( 2

  R 

j (2-7) Trị số chênh lệch tuyệt đối giữa j' và j  180 0 là:

1()

8

1(

2 2

2 2

Hình 1.2 quan hệ của hàm số j f() khi  1 / 4 và   1 / 4

d Qui luật động lực của thanh truyền

Chuyển động của thanh truyền cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là chuyển động song phẳng : đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến, đầu to chuyển động quay Chuyển động của thanh truyền biến thiên theo quan hệ sau:

) sin arcsin( 

  (2- 8)Góc lệch này đạt trị số cực đại khi 0

d d

d d

d

t t

tt    (2-9) Trong đó  là vận tốc góc của trục khuỷu

Do sin sin nên đạo hàm 2 vế của đẳng thức ta có:

Thay quan hệ trên vào (1-8) ta có :

 ta có max  hoặc max 

Đạo hàm 2 vế công thức (2-10) đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc góc của thanh truyền:

d d

d d

t tt

(

sin )

1 (

2.1.2 động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm

2.1.2.1 Qui luật động học của piston của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm

Trong một số động cơ đốt trong, nhất là các động cơ cao tốc, hành trình ngắn, ng-ời

ta th-ờng dùng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm để nhằm đạt 2 mục đích sau:

- Giảm lực ngang N tác dụng lên xylanh do đó giảm đ-ợc độ va đập, giảm mài mòn piston, xéc măng và xylanh

11

- Tăng đựơc dung tích công tác của xylanh trong khi vẫn giữ nguyên đ-ờng kính D

và bán kính quay R của trục khuỷu

Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm giới thiệu trên hình 2.2 Độ lệch tâm luôn luôn lệch theo chiều quay(nằm về phía phải đ-ờng tâm xylanh) do đó cơ cấu này có nhiều điểm khác biệt về động học so với cơ cấu giao tâm

a Vị trí điểm chết

Nh- trên hình 2.2 ta thấy khi piston lên đến điểm chết trên A’ thì tâm chốt khuỷu B trùng với A1, lệch với đ-ờng tâm xylanh một góc 1 Khi chốt piston xuống đến điểm chết dưới A’’ thì tâm chốt khuỷu trùng với A2 và lệch với đ-ờng tâm xylanh một góc 2

Do (2-1)>1800 nên ta dễ dàng rút ra kết luận là quá trình nạp lý thuyết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm đ-ợc kéo dài

Vị trí của ĐCT và ĐCD xác định dễ dàng qua

1

 và 2 Từ tam giác A’OE và A’’OE ta rút

ra :

R l

a OA

a OA

l là chiều dài thanh truyền

R là bán kính quay của trục

12

1 sin 2

2 2

1 ( )

1

1 (

Thực vậy để vế thứ 2 tồn tại, phải đảm bảo điều kiện d-ới đây:

c Chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston

 Chuyển vị của piston

Từ hình 1.3 ta thấy khi trục khuỷu quay đi một góc  , chuyển vị của piston tính từ

ĐCT A’ có thể xác định theo công thức sau:

x

S S

x 1

13

Trong đó

) cos

1 (cos cos

1(cos)

1

1(

2 cos 1 ( 4 ) cos 1

sin 2

d

d d

d d

d v

t x

t

 Gia tốc của piston

Lấy đạo hàm 2 vế của ph-ơng trình (1-18) đối với thời gian ta có công thức tính gia tốc piston:

) sin 2

cos (cos

d

d d

d d

d j

t v

t

2.1.2.2 Đụ̣ng lực học cơ cṍu trục khuỷu thanh truyờ̀n lợ̀ch tõm

Trong phần chứng minh qui luật động học của piston ta có đẳng thức :

) (sin sin  k (2-21)

Do đó chuyển vị góc của thanh truyền của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm đ-ợc xác định dễ dàng theo công thức trên:

11()

d d

2 2

)(sin1

d d

d d

t tt

2 max

)1(

2 max

)1(

a Khối l-ợng của các chi tiết chuyển động

Khối l-ợng của các chi tiết máy của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đựơc chia làm 2 loại :

+ khối l-ợng chuyển động tịnh tiến

+ khối l-ợng chuyển động quay

D-ới đây lần l-ợt xét khối l-ợng của các mhóm chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

15

b Khối l-ợng của nhóm piston

Khối l-ợng của nhóm piston bao gồm khối l-ợng của piston, xéc măng, cần guốc tr-ợt, guốc tr-ợt…

mnp = mp + mx + mc + mg + …… (kg)

Khối l-ợng nhóm piston là khối l-ợng chuyển động tịnh tiến

c Khối l-ợng của thanh truyền

Do thanh truyền chuyển động song phẳng : đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến, đầu to chuyển động quay nên khi xét khối l-ợng của thanh truyền phải qui dẫn về 2 tâm: tâm đầu nhỏ và tâm đầu to

Nói chung khi thay thế thanh truyền thực bằng các khối l-ợng t-ơng đ-ơng, bao giờ ta cũng phải đảm bảo điều kiện bảo toàn của động năng và thế năng Các ph-ơng án qui dẫn khối l-ợng của thanh truyền giới thiệu trên (hình 2.3)

A

G l

l 1

B B

B B

K

Hình 2.3 Các ph-ơng án qui dẫn khối l-ợng của thanh truyền

Ph-ơng án (a) thay thế khối l-ợng thanh truyền bằng hệ t-ơng đ-ơng một khối l-ợng tập trung ở trọng tâm G Khi thay thế theo ph-ơng án này, khối l-ợng mtt vẫn chuyển động song phẳng, vì vậy qua tính toán ta thấy rằng nếu thay thế thanh truyền thực bằng hệ t-ơng đ-ơng một khối l-ợng thì cơ cấu trục khuỷu thanh truyền sẽ chịu tác dụng của một khối l-ợng chuyển động tịnh tiến:

- Khối l-ợng đặt tại tâm đầu nhỏ:

l l m

1 1 12

1

) ( )

)(

( ) ) (

Khối l-ợng phân bố càng xa trọng tâm thì IO càng lớn hơn IG – mômen quán tính thanh truyền thực

Ph-ơng án (c) phân bố thanh truyền thành 2 khối l-ợng: một đặt ở tâm nhỏ và một

đặt ở tâm dao động con lắc K( coi thanh truyền dao động nh- một con lắc) phân bố khối l-ợng theo ph-ơng án này hoàn toàn đảm bảo điều kiên động năng không đổi

Nghĩa là:

mA + mK = mtt

mAl1 + mKl0 =0 (2-33)

mAl12 +mKl02 = IG Tuy nhiên trong ph-ơng án này mK vẫn chuyển động song phẳng nên lại phải làm thêm b-ớc qui dẫn mK về 2 tâm đầu nhỏ và tâm đầu to y nh- trong ph-ơng án (a)

Ph-ơng án (b) phân khối l-ợng thanh truyền thành hai khối l-ợng và một mômen thanh truyền Ph-ơng án này khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm của ph-ơng án (b) Mômen thanh truyền của hệ thay thế th-ờng có trị số Mt = IG.tt…

l

l m

và một khối l-ợng tập trung ở đầu to (m2)

Ngày nay thanh truyền ở các loại động cơ ô tô th-ờng có:

m1 = (0,275 – 0,350)mtt

m2 = (0,650 – 0,725)mtt (2-35)

d Khối l-ợng của khuỷu trục

Để xác định khối l-ợng của trục khuỷu, ta chia trục khuỷu thành các phần nh- trên hình vẽ

Hình 2.4 Xác định khối l-ợng của khuỷu trục

Trong đó phần khối l-ợng chuyển động quay theo bán kính R là mok (phần gạch dọc trên (hình 2.4) Phần khối l-ợng chuyển động theo bán kính là mm ( phần có gạch chéo )

Nếu đem mm qui dẫn về tâm chốt trục khuỷu bằng khối l-ợng mmr thì :

R m

18

mr ok

Và khối l-ợng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là:

2

m m

M

m  ( 1 np) ;

FP

l m m FP

M

r   ( 2  ) (2-40)

2.1.2.3 Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.

- Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

- Lực của môi chất khí bị nén và khí cháy giãn nở tác dụng trên đỉnh piston(lực khí thể)

2

m mR

Gọi : P j1 mR2cos là lực quán tính cấp 1

P j2 mR2cos2 là lực quán tính cấp 2

Thì : P j P j1P j2

Chu kỳ của lực quán tính cấp 1 ứng với 1 vòng quay của trục khuỷu Chu kỳ của lực quán tính cấp 2 ứng với 1/2 vòng quay của trục khuỷu Lực quán tính Pj luôn luôn tác dụng trên ph-ơng đ-ờng tâm xylanh Khi piston ở ĐCT, lực quán tính có dấu âm nên tác dụng theo h-ớng ly tâm đối với tâm trục khuỷu Khi piston ở ĐCD, Pj có trị số d-ơng chiều quay xuống(h-ớng tâm trục khuỷu) Vòng xét dấu của lực quán tính cấp 1 và cấp 2 giới thiệu trên hình 1.6 Trong đó vectơ biên độ c có trị số:

của vectơ c quay xuống, lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 có trị số d-ơng

T-ơng tự nh- trên, vectơ biên độ của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 c

quay với tốc độ góc 2 Trong phạm vi 0 0

Hình 2.5 Vòng xét dấu của lực quán tính cấp 1 và cấp 2

Lực quán tính chuyển động quay có trị số không đổi :

const R

m

P k   r 2  (2-42) Lực quán tính này tác dụng trên đ-ờng tâm má khuỷu và luôn luôn là lực ly tâm

(2-44)

c Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

Lực tác dụng trên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể:

P P ktP j (MN) (2-45) Lực P tác dụng trên chốt piston và đẩy thanh truyền Sơ đồ hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ 1 xylanh giới thiệu trên (hình 2.6)

Phân lực P thành 2 phân lực : lực Ptt tác dụng theo đ-ờng tâm thanh truyền và lực ngang N tác dụng trên ph-ơng thẳng góc với đ-ờng tâm xylanh:

và lực pháp tuyến Z tác dụng trên tâm chốt khuỷu

Từ quan hệ l-ợng giác trên sơ đồ 1.8 ta có :

)sin(

P tt T

tính theo  và  đ-ợc thống kê trong bảng phụ lục (Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong – ĐHBKHN)

- Lực quán tính chuyển động quay Pk tác dụng trên chốt khuỷu

Hình 2.6 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục

khuỷu thanh truyền giao tâm

21

const R

M

P k  r 2  (2-50)

- Lực tiếp tuyến T tạo ra mômen làm quay trục khuỷu :

R T

d Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm

Trong cơ cấu trục khuỷu thanh

truyền lệch tâm quan hệ giữa góc và 

xác định theo (2.7) còn các công thức tính

lực và mômen của hệ lực tác dụng trên cơ

cấu lệch tâm hoàn toàn giống nh- công

thức của hệ lực cơ cấu giao tâm

Từ hệ lực trên hình 2.7 ta cũng có :

j

kt P P

Và do :

tt

P N

P tt  

(1-43)



tg P

PT

2 2

)(sin1

)(sin)

sin(cos

k

k P

P

Z      (2-56) M«men lËt : M N N.A

1  k

Thay quan hÖ trªn vµo (1-47) ta cã :

]cos

sin[

N

) cos

R P

M N     (2-58) Tuy nhiªn, do c¬ cÊu lµ c¬ cÊu lÖch t©m nªn ngoµi m«men MN ra cßn sinh thªm mét m«men lËt kh¸c, do lùc P g©y ra

)

sin(sin

)

sinsincos

cos

sin(sin

Tuy vậy, các khuỷu bố trí nh- thế nào còn tuỳ thuộc vào thứ tự làm việc của các xylanh Khi lựa chọn thứ tự làm việc của các xylanh cần phải chú ý đến các vấn đề sau:

- Đảm bảo các phụ tải tác dụng trên các ổ trục bé nhất

- Đảm bảo quá trình nạp thải có hiệu quả cao nhất

- Đảm bảo kết cấu của trục khuỷu có tính công nghệ tốt nhất

- Đảm bảo tính cân bằng của hệ trục

Thông th-ờng khó có thể thoả mãn cùng một lúc tất cảc các yêu cầu trên mà th-ờng

đảm bảo tính đồng đều của mômen, tính cân bằng của hệ trục và phụ tải của ổ trục phải nhỏ Vì vậy, góc công tác của các khuỷu trục đ-ợc tính theo công thức sau:

Từ công thức trên ta thấy góc công tác chỉ phụ thuộc vào số kỳ và số xylanh của

động cơ Do vậy mỗi kết cấu của trục khuỷu đều ứng với nhiều thứ tự làm việc khác nhau Tuy nhiên chỉ có một hoặc hai thứ tự làm việc trong đó là đảm bảo đ-ợc điều kiện cân bằng và phụ tải ổ trục nhỏ nhất ví dụ: trục khuỷu trên (hình 2.8) của động cơ 6 xylanh, 4

24

1 và 6

3 và 4

2 và 55

Bỏnh dà1

61-2 2-3 3-4 4-5 5-6

6-0

Hình 2.8 Sơ đồ trục khuỷu của động cơ 4 kỳ, 6 xylanh

1-2-3-6-5-4 1-5-3-6-2-4 1-5-4-6-2-3 1-2-4-6-5-3 Trong các thứ tự làm việc trên chỉ có thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4 là tốt nhất

b Lực và mômen tác dụng lên trục khuỷu của động cơ một hàng xylanh

Nh- trong phần nghiên cứu hệ lực tác dụng trên trục khuỷu đã chỉ rõ: trên khuỷu thứ

i có các lực sau đây tác dụng:

- Lực tiếp tuyến T; Lực pháp tuyến Z; Lực quán tính quay Pk.; Mômen của các khuỷu phái tr-ớc M i 1, mômen Mi tác dụng trên khuỷu này, và mômen M itác dụng trên cổ trục phía sau của khuỷu

M1 M i1M i (2-62) Để tính đ-ợc tổng mômen M i tác dụng trên khuỷu i ta phải xác định góc quay t-ơng ứng  của các khuỷu bằng cách lập bảng nh- (hình 2.9)

Trong động cơ 4 kỳ, 6 xylanh có thứ tự làm việc là 1-5-3-6-2-4 có diễn biến các quá trình nh- bảng trên (hình 2.9) Từ bảng thống kê ta thấy: khi khuỷu của xylanh thứ 1 nằm

Hình 2.9 Diễn biến của các hành trình công tác trong động cơ 4kỳ, 6 xylanh

Vì vậy tình trạng chịu lực của các cổ trục 1-2 ; 2-3; 4-5; 5-6 hoàn toàn giống nhau Tình trạng chịu lực của cổ trục 3-4 khác với các cổ trục khác Cổ trục 0-1 chịu tác dụng của lực trên khuỷu thứ 1 còn có cổ 6-0 ngoài chịu tác dụng của lực trên khuỷu thứ 6 ra còn chịu thêm tải trọng bánh đà

Tổng mômen M icủa các khuỷu tính theo cách lập bảng T i nh- trong bảng 1

Bảng 1 tính 

 6

1

i

i i

5

 5

1

i

i i

T 6 T6



 6

1

i

i i

1

i

i i

T

kw T R n

+ Đầu to thanh truyền

+ Bulông thanh truyền

2.3.1.1.Tính toán sức bền của piston

a Tính toán sức bền của đỉnh piston.

Đỉnh piston vừa chịu tải trọng cơ học (lực khí thể) vừa chịu tải trọng nhiệt nên trạng thái biến dạng phức tạp Vì vậy để đơn giản hóa ng-ời ta th-ờng tính trạng thái ứng suất gần đúng theo những giả thiết nhất định

27

 Công thức Back

Công thức tính nghiệm bền đỉnh piston của Back dựa trên các giả thiết sau:

- Coi đỉnh piston là một đĩa trong có chiều dày đồng đều, đặt tự do trên gối đỡ hình trụ

Lực khí thể Pz= pz.Fp và phản lực của nó uốn đỉnh piston trên tiết diện x-x Trên nửa

đỉnh piston có các lực sau đây tác dụng:

- Lực khí thể

P z D p z

4

.2

12

2



 (MN) (2-64) Lực này tác dụng trên trọng tâm của nửa hình tròn, cách trục x-x một đoạn

y 1 =



D

.3

2 (mm) (2-65)

28

Mu = )

3

2 (

2 ) (

D D P y y





 (2-67) Coi D  Di thì:

Mu = Pz 3

24

D

P (MN/m2) (2-68)

Hình 2 12 Đỉnh piston bị ngàm trong vành đai

Khi chịu áp suất Pz phân bố đều trên đỉnh, ứng suất pháp tuyến h-ớng kính lớn nhất

ở vùng nối tiếp giữa đầu đỉnh tính theo công thức sau:

 - hệ số sét đến tính đàn hồi của ngàm, th-ờng có thể lấy =1

ứng suất pháp tuyến ph-ơng tiếp tuyến cuả phân bố ở vùng nối tiếp giữa đầu và đỉnh

I I

I I

z k

F

j m F

30

I I I

I

z u

F

D P F

l D

N K

2d l

P K

Khe hở nóng khi piston ở trạng thái làm việc xác định theo công thức kinh nghiệm sau đây:

 ' 'D (2-76) Trị số khe hở nóng ' phải bằng hiệu của đ-ờng kính xylanh ở trạng thái làm việc trừ đi kích th-ớc của piston ở trạng thái làm việc

t

D t

31

Ta coi chốt piston nh- một dầm đ-ợc đặt tự do trên hai gối tựa, lực tác dụng phân bố theo các giả thiết nh- trên sơ đồ hình (2.14 a, b, c)

Hình 2.14 Sơ đồ trạng thái phụ tải của chốt piston

Để tính toán đơn giản ng-ời ta có thể tính theo sơ đồ (a) và (c) cũng đ-ợc

Nếu lực phân bố nh- hình (1.4 a), mô men uốn do lực Pz gây ra trên tiết diện chính giữa hai gối tâm bằng:

2

d z

u

l l P

2,

d

cp z

u

u u

l l d

P W

P l l P

u (MN-m) ) (2-81) Lực Pz/2 tác dụng trên trọng tâm cuả tam giác lực cách đầu mút chốt piston một khoảng bằng 1

32

l (l1 chiều dài làm việc của bệ chốt)

5,12

z

u

u u

d

l l l P W

z d

d l

33

Hình 2.15 ứng suất biến dạng trên tiết diện ngang chốt piston

Để tính toán ông đã giả thiết lực tác dụng phân bố theo quy luật parapol có số mũ 2,5 - 3 trên ph-ơng dọc đ-ờng tâm và phân bố theo quy luật hình sin theo ph-ơng h-ớng kính nh- sơ đồ hình (2.16)

Hình 2.16 Quy luật phân bố lực tác dụng trên chốt piston

Do lực tác dụng, chốt piston bị biến dạng thành hình ô van nh- sơ đồ hình (2.17)

Hình 2.17 Biến dạng cuả chốt piston

cp z

3 max

1

109,0

P

cp cp

1219,

P

cp cp

12174,

P

cp cp

12119,

P

cp cp

121174,

Thông th-ờng ứng suất ở điểm 2 và điểm 4 có trị số lớn hơn ứng suất các điểm có trị

số t-ơng ứng ở mặt ngoài Điều đó giải thích đ-ợc hiện t-ợng dạn nứt mặt trong của chốt piston

2.3.1.3 Tính toán sức bền của xéc măng

Tính toán kiểm nghiệm bền của xéc măng dựa trên giả thiết coi xéc măng là một thanh cong, lực phân bố trên mặt làm việc tuỳ thuộc vào kiểu xéc măng đẳng áp hay không đẳng áp

a Tính nghiệm bền xéc măng đẳng áp

35

Khi lắp vào xylanh, xécmăng luôn luôn chịu ứng suất uốn, áp suất trên mặt công tác giả thiết phân bố đều nh- hình (2.18) Xéc măng có tiết diện hình chữ nhật, chiều dày t, chiều cao h Khi lắp vào xylanh, đ-ờng kính ngoài là D, đ-ờng kính trung bình là D0

D0 = D – t = 2r0 (2-91)

Để tính mô men uốn xéc măng ở tiết diện B-B, ta xét phân tố d của xéc măng, phân tố này chịu lực tác dụng bằng:

dp = phr d (2-92) Trong đó:

p - áp suất tiếp xúc của xéc măng ở trạng thái làm việc

/1

ht D

t

f E

t D t

D gmC t

D

t

A E

t

D D

3 1 4

t

D t

D m t

A E

39

Xéc măng, dù đẳng áp hay không đẳng áp, khi lắp ghép phải lựa chọn khe hở lắp ráp Các khe hở này phần lớn đều dựa vào các số liệu thực nghiệm Khi thiết kế, có thể tham khảo các số liệu kinh nghiệm sau đây

2.3.2 Nhóm thanh truyền

2.3.2.1 Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền

a Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền dày

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 lắp ghép 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 th-ờng 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

số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể v-ợt quá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne=25%  30% tức là: