Đề cương động cơ đốt trong

Trên cơ sở đảm bảo SB hợp lý thờng chọn 3 trạng thái làm việc sau để tính toán: - Trạng thái chịu mô men xoắn lớn nhất Me max; nM - Trạng thái công suất lớn nhất Ne max; nN - Trạng th

Cõu 1: Cỏc chế độ và nội dung tớnh toỏn bền cỏc chi tiết của động cơ.

5.1 Các chế độ tính toán động cơ

Các chế độ làm việc (phụ tải, số vòng quay) của động cơ luôn thay đổi trong phạm vi rất rộng tải trọng (tải cơ học, ứng suất nhiệt, dao động ) tác dụng lên các chi tiết sẽ thay đổi về trị số và thời giantác dụng

Khi lựa chọn các trạng thái làm việc để tính toán sức bền các chi tiết, ngời ta thờng giả thiết trạng

thái làm việc của ĐC là ổn định Đồng thời phải chọn những chế độ mà ở đó các chi tiết chịu tải trọng lớn nhất (tải cơ học, ứng suất nhiệt, dao động )

Phụ tải thay đổi gây ra hiện tợng phá hỏng vì mỏi đối với các chi tiết Do vậy, phần lớn các chi

tiết trong ĐC đợc tính toán theo SB mỏi

Tình hình chịu lực của các chi tiết rất phức tạp nên việc lựa chọn trạng thái làm việc gây ứng suất

nguy hiểm nhất rất khó khăn Trên cơ sở đảm bảo SB hợp lý thờng chọn 3 trạng thái làm việc sau để tính

toán:

- Trạng thái chịu mô men xoắn lớn nhất (Me max; nM)

- Trạng thái công suất lớn nhất (Ne max; nN)

- Trạng thái tốc độ cho phép lớn nhất (Me =0; nmax)

* Trạng thái chịu mô men xoắn lớn nhất (Me max; nM): áp suất khí thể lớn nhất, lực quán tính bé vì tốc

độ (n - vg/ph) nhỏ; thờng gặp khi khởi động hoặc khi xe chở nặng lên dốc cao Khi tính toán thờng bỏ qua

Pj và coi Pkt đạt giá trị lớn nhất (pzmax) tại ĐCT (=0) )

* Trạng thái công suất lớn nhất (Nemax; nN): trạng thái này ĐC phát ra công suất lớn nhất; thờng dùng để tính toán ứng suất tổng hợp do Pj và Pkt sinh ra Với ĐC diesel đợc tính toán ở chế độ công suất định mức

NN

* Trạng thái tốc độ cho phép lớn nhất (Me=0) ; nmax): trạng thái có lực Pj, ứng với tốc độ lớn nhất đợc hạn

chế bởi bộ điều tốc Khi tính toán thờng bỏ qua Pkt.

Ngoài ra, tuỳ theo điều kiện làm việc của các chi tiết và chế độ làm việc cần

kiểm tra phụ tải nhiệt và hiện tợng dao động cộng hởng (nhất là với trục khuỷu).

Hình 5.1 Đặc tính ngoài của động cơ và các chế độ tính toán thờng dùng.

a) Động cơ xăng

b) Động cơdiesel

5.2 Phơng pháp tính toán SB các chi tiết

Do đặc điểm thiết kế các chi tiết ĐC là xác định hình dạng-kích thớc trớc sau đó mới tiến hành TT sức

bền, biến dạng  phần lớn các phép tính đều mang tính kiểm nghiệm.

Khi TT phải dùng rất nhiều giả thiết do các nguyên nhân sau:

- Sự phức tạp về hình dạng chi tiết và sự phân bố lực

- Khó xác định chính xác trạng thái làm việc, tình trạng chịu lực thực tế của chi tiết

- Khó xác định chính xác ảnh hởng của tải trọng động

- Khó xác định quy luật phân bố ứng suất trên tiết diện tính toán

- Khó xác định ứng suất nhiệt, nhng nó A.hởng rất lớn đến sức bền

- Trong thực tế TT, ít kể đến độ cứng vững của chi tiết máy (mặc dù độ cứng vững quan trong không kémSB)

Phần lớn các chi tiết Đ.cơ đều chịu ứng suất thay đổi theo chu kỳ gây hiện t ợng phá huỷ về mỏi của vật liệu  khi TT sức bền các chi tiết thờng dùng PP tính SB mỏi để kiểm tra điều kiện làm việc của chi tiết.

Giới hạn mỏi: là ứng suất lớn nhất mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị phá hỏng trong một số chu

kỳ tác dụng quy định (10) 7 hoặc 10) 8 chu kỳ) Ký hiệu: -1 và -1

Khi chịu tải trọng theo chu trình đối xứng (max/min=1)(chu trình nguy hiểm nhất)  quan hệ kinhnghiệm:

+Thép có b=30) 0)  120) 0) MN/m2  -1= 0) ,5.b MN/m2

+Thép hợp kim có b >120) 0) MN/m2 -1= 40) 0) + 1/6.b MN/m2

+Thép đúc + gang: -1= 0) ,4.b MN/m2

+ Kim loại mầu: -1= (0) ,25  0) ,5).b MN/m2

Biên độ ứng suất pháp tuyến a và tiếp tuyến a, ứng suất pháp trung bình m và ứng suất tiếp tuyến trungbình m đợc xác định:

a=(max-min)/2; m =(max +min)/2  max= m +min

a = (max -min)/2 ; m =( max+min)/2 max= m +min

Sức bền mỏi của các chi tiết phụ thuộc vào các yếu tố chính:

Đặc điểm của tải trọng: đợc đặc trng bằng hệ số tập trung ứng suất (K với ứng suất pháp tuyến và K

với ứng suất tiếp tuyến)

K = -1/-1K ; Kt = -1/-1K

Thông thờng K = (0) ,4 -0) ,6)K

Nhân tố kích thớc: đợc đặc trng bằng hệ số kích thớc m là tỷ số giữa giới hạn mỏi của mẫu thử và giớihạn mỏi của chi tiết thật làm bằng cùng loại vật liệu Quan hệ giữa m và kích thớc trục đợc cho trớc

Nhân tố công nghệ: đặc trng bằng hệ số trạng thái bề mặt n là tỷ số giữa giới hạn mỏi của chi tiết thật

với giới hạn mỏi của mẫu đợc mài bóng trong phòng thí nghiệm, n = 0) ,6 – 1,10) :

- Bề mặt mài bóng n = 1,10)

- Bề mặt cán không gia công n = 0) ,6

- Bề mặt mài (mẫu thử)  = 1,0)

Hệ số an toàn là tỷ số giữa ứng suất cực đại xác định bằng đờng cong giới hạn mỏi và ứng suất cực đại củachi tiết:

+ Đối với ứng suất uốn và kéo :

trong đó: n- là hệ số an toàn theo tính toán ở chế độ đã cho.

[n]- là hệ số an toàn cho phép (phụ thuộc vào loại chi tiết, vật liệu chế tạo )

Ví dụ:

+ [n] của đầu nhỏ thanh truyền : 2,5 5

+ [n] của cổ trục khuỷu khi chịu xoắn : 2,5 4

+ [n] của chốt khuỷu (động cơ cao tốc) : 1,73

+ [n] của má khuỷu : 1,3 2,5

Với một số chi tiết khác (thờng không phải dạng trục) nh : đỉnh pít tông, chốt pít tông thờng kiểm trathông qua ứng suất uốn cho phép [u] và ứng suất cắt cho cho phép [c]

Một số chú ý khi tính toán thiết kế động cơ

Trớc khi thiết kế bố trí chung cần phải có đầy đủ các thông số và điều kiện nh : Vh; kiểu động cơ,

ph-ơng án sử dụng các cơ cấu và hệ thống phụ (cơ cấu phối khí, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điện …)

Chọn thông số kết cấu và kích thớc chủ yếu:

+ Chọn số xi lanh và kiểu sắp xếp xi lanh: đảm bảo điều kiện cân bằng, độ đồng đều mô men xoắn, giảm

kích thớc bao, đơn giản về kết cấu nhng thân máy có độ cứng vững cao; đảm bảo làm mát

+ Chọn tỷ số S/D: ảnh hởng rất lớn đến kích thớc, trọng lợng và tính năng của Đcơ Với động cơ cao tốc

hiện nay S/D = 0) ,8 – 1 và có xu hớng giảm S/D

+ Chọn thông số kết cấu =R/lR/l : ảnh hởng nhiều đến chiều cao và trọng lợng động cơ Động cơ ô tô-máy

kéo = 0) ,25 – 0) ,29 Khi lựa chọn cần đảm bảo về công nghệ chế tạo (tận dụng thiết bị hiện có và phụ tùngcủa các động cơ cùng loại)

+ Chọn kiểu làm mát: không khí hoặc chất lỏng Thờng dùng chất lỏng do có khả năng cờng hoá động cơ,

kích thớc gọn, dễ bố trí các hệ thống phụ

Cõu 2: Nhiệm vụ, phõn loại thõn mỏy

6.1 Thân máy

• Thân máy là chi tiết có kích thớc và khối lợng lớn nhất (phụ thuộc vào kiểu loại động cơ, kiểu làmmát, kiểu chịu lực, vật liệu và phơng pháp chế tạo); nó chiếm từ 30) - 60) % khối lợng toàn bộ độngcơ (thân máy chế tạo theo PP hàn chiếm từ 20) -25%)

• Yêu cầu với thân máy (nắp máy):

 Có đủ SB và độ cứng vững để chịu tải trọng lớn và nhiệt độ cao

 Dễ tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu, hệ thống

 Đảm bảo các yêu cầu đặc biệt (kết cấu buồng cháy, l u thông nưu thông n ước làm mát, dầu bôitrơn )

 Có khối lợng nhỏ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

• Phương pháp chế tạo: Thân máy và nắp máy thờng được chế tạo theo PP đúc (ĐC cỡ nhỏ và

trung bình) hoặc PP hàn (ĐC cỡ lớn)

• Vật liệu chế tạo: thường dùng là gang xám Các ĐC cỡ nhỏ (mô tô, xe máy, máy phát điện cỡnhỏ) thường dùng HK nhôm Với các ĐC cỡ lớn thờng dùng thép tấm hoặc thép định hình để hàn

• Kiểu chịu lực của thân máy

• Kiểu chịu lực (khí thể - Pkt) của thân máy phụ thuộc vào kết cấu của nó

a Thân máy kiểu thân xi lanh-hộp trục khuỷu(phổ biến trên ôtô-máy kéo)

• + Thân XL chịu lực: Pkt tác dụng trên nắp XL truyền cho thân XL qua gu-dông nắp XL), th ờngdùng với động cơ xăng

• + Vỏ thân chịu lực: lắp thêm ống lót XL vào khối thân máy  ống lót XL không chịu lực kéo

theo phơng đờng tâm, khi mòn ống lót  thay mới

• + Gu-dông chịu lực: Pkt truyền qua các gujông liên kết nắp máy-thân máy–hộp trục khuỷu) Cácgu-dông dài và chịu lực kéo, thân XL không chịu lực

b Thân máy kiểu thân rời:

• - Xy lanh chịu lực: lực kéo do thân xi lanh chịu (thờng dùng trên các ĐC máy bay, ĐC làm mát

bằng KK) Nắp xi lanh cố định với thân máy = ren hoặc bu lông Thân máy cố định trên hộp trụckhuỷu bằng gu-đông

• - Vỏ thân chịu lực:vỏ thân chịu lực kéo còn XL không chịu kéo Có thể phân thành 2 loại: Năp xi

lanh, vỏ thân, hộp trục khuỷu lắp với nhau bằng bu lông ngắn; Vỏ thân và hộp trục khuỷu lắp vớinhau bằng gu dông dài, nắp xi lanh lắp với thân máy bằng bu lông ngắn

• - Gu-dong chịu lực: phổ biến trong ĐC làm mát = KK và chữ V

Kết cấu thân máy kiểu thân xi lanh-hộp trục khuỷu

Dùng phổ biến trên ĐC ô tô-máy kéo, động cơ tĩnh tại, động cơ tầu thủy cỡ nhỏ Các xi lanh đ ợc

đúc liền với thân máy hoặc làm thành ống lót Kết cấu kiểu này có u điểm:

+ Khi các xi lanh đúc liền trên cùng 1 vỏ thân, liền với hộp trục khuỷu  thân máy có độ cứngvững rất lớn  biến dạng của xi lanh, ổ trục nhỏ

+ Giảm bớt đợc bề mặt lắp ghép  gia công khối thân máy đơn giản hơn, giảm đợc độ dầy củathân và hộp trục khuỷu tại vị trí chuyển tiếp 2 giữa phần nay giảm trọng lợng khối thân máy,

tiết kiệm kim loại Khi thiết kế, thờng làm vỏ thân và vách ngăn tơng đối mỏng (dày từ 4-12 mm);chỉ cần đảm bảo đúc đợc  đủ bền, nhng phải đảm bảo độ cứng vững.

• Một số biện pháp nâng cao độ cứng vững của thân máy:

+ ổ trục chính đúc liền với các vách ngăn, trên vách ngăn dùng nhiều gân tăng cứng

+ Hạ thấp mặt phân chia nửa trên –nửa dới của hộp trục khuỷu  lực truyền cho khối hộp trục khuỷu cókhối lợng kim loai lớn hơn chịu đựng

+ Tăng số ổ trục, dùng đủ ổ trục chính

+ Dùng kết câu hộp trục khuỷu liền khối, không chia thành 2 nửa (trục khuỷu lắp theo chiều trục, dùng ổlăn)

Cõu 3: Cỏc kớch thước cơ bản và quan hệ kết cấu khi thiết kế thõn mỏy.

Cõu 4: Kết cấu thõn mỏy làm mỏt bằng chất lỏng

Cõu 5: Chức năng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo ống lút xilanh

6.2 ống lót xi lanh

• Lót XL đợc dùng nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ của thân máy (mặt trong đợc gia công rất chính

xác và đợc mài bóng – gơng xi lanh ) Do vậy, thân máy có thể dùng lót XL khô, lót XL uớt hoặc

không dùng lót XL

• Kết cấu thân máy phụ thuộc nhiều vào kiểu lót XL:

+ Lót XL ớt: mặt ngoài trực tiếp tiếp xúc với nớc làm mát

+ Lót XL khô: mặt ngoài không tiếp xúc với nớc làm mát

• Điều kiện làm việc: chịu tải cơ học, tải trọng nhiệt và ăn mòn mạnh

• Yêu cầu với ống lót XL

 Có đủ sức bền để chịu lực khí thể

 Chịu mòn tốt, tổn thất ma sát nhỏ

 Chống ăn mòn hoá học trong môi trờng nhiệt độ cao

 Không rò nớc

 Có khả năng giãn nở tự do theo hớng trục

• Vật liệu chế tạo: thờng dùng gang hợp kim (ít dùng thép), đợc nhiệt luyện tốt, chiều dày từ 5-9

mm Mặt gơng xi lanh có thể mạ Crôm xốp (0) ,0) 5 -0) ,25 mm) để tăng khả năng chống mòn

• Lót xi lanh khô: có thể làm trên suốt chiều dài hoặc chỉ làm ở khu vực chịu mòn nhiều nhất (gần

ĐCT); có gờ vai tựa khít ngang mặt nắp máy; mặt ngoài đợc gia công cẩn thận để lắp khít với lỗtrên khối thân máy; vai tựa cao hơn mặt thân máy khoảng 0) ,0) 25 – 0) ,11 mm để tăng độ ép chặt vớivai tựa u điểm: độ cứng vững lớn có thể làm mỏng để tiết kiệm vật liệu; không cần bao kín nớclàm mát

• Lót xi lanh ớt: có thể thay thế-sửa chữa dễ dàng; tăng khả năng làm mát, dễ đúc thân máy Nh ợc

điểm: khó bao kín, độ cứng vững kém hơn Cần chú ý:

- Khi làm việc không đợc xoay nhng có thể gãn nở theo chiều trục  sử dụng vành vai tựa làm mặt định

vị Thờng hạ thấp vành vai tựa để tránh biến dạng ống lót khi nhiệt độ cao, tránh bó kẹt pít tông, đồng thờităng khả năng làm mát

- Đảm bảo bao kín nớc (gioăng cao su, lắp cuối ống lót) và khí (dùng đệm, gioăng nắpmáy)

- Lót xi lanh động cơ 2 kỳ: kết cấu của lỗ dẫn khí nạp

Cõu 6: Kết cấu của cỏc loại ống lút xilanh

Cõu 7: Kết cấu của ổ trượt và vật liệu chịu mũn

Cõu 8: Chức năng, điều kiện làm việc, vật liệu và phương phỏp chế tạo nắp mỏy.

• Là chi tiết rất phức tạp, rất nhiều bộ phận, cơ cấu đợc lắp trên nắp XL:

- Buồng cháy

- Bu-ji (hoặc vòi phun)

- Một số chi tiết của cơ cấu phối khí

- Đờng nớc làm mát, dầu bôi trơn

- Đờng dẫn khí nạp, khí thải

- Điều kiện làm việc rất xấu: nhiệt độ cao, áp suất lớn, ăn mòn hoá học nhiều và khi ĐC không

làm việc vẫn chịu ứng suất lắp ghép

- Yêu cầu:

- Có kết cấu buồng cháy tốt nhất

- Đủ SB và độ cứng vững; không bị biến dạng, lọt khí và rò nớc

- Dễ tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, tránh đợc ứng suất nhiệt

• Vật liệu chế tạo:

- Đ.cơ diesel : đúc bằng gang hợp kim (đủ sức bền và chịu ứng suất nhiệt)

- Đ.cơ xăng : đúc bằng hợp kim nhôm (nhẹ, tản nhệt tối, dễ tăng tỷ số nén)

Cõu 9: Kết cấu nắp mỏy và thõn mỏy động cơ xăng

Nắp xi lanh động cơ xăng

• Kết cấu phụ thuộc vào các vấn đề chính sau:

- Kết cấu buồng cháy, bố trí buji

- Số xu páp và bố trí xu páp

- Kiểu làm mát

- Số đờng nạp thải

• Hình dạng buồng cháy hợp lý (nhỏ gọn, giảm khoảng cách từ điểm xa nhất đến buji, mức độ

xoáy lốc hợp lý…) có thể giảm mức độ kích nổ, tạo điều kiện tăng tỷ số nén Thờng dùng các loại

buồng cháy dạng bán cầu (Hình 6.26 a), hình chóp cụt (Hình 6.29), hình chêm (Hình 6.26 b) …

• Buồng cháy hình chêm (Hình 6.26 b) có nhiều u điẻm: gọn, cờng độ xoáy lốc thích hợp do hình

thành vùng chèn khí giữa pít tông và nắp máy gây nên (thờng dùng trên động cơ hình chữ V)

- Buji bố trí lệch về 1 phía, (lỗ ren buji thờng là M18, M14 và M10) )

- Xu páp nghiêng với đờng tâm khoảng 10) 0) ; thờng dùng đế xu páp làm bằng gang hợpkim, ép vào nắp máy

- Đờng thải và đờng nạp bố trí về hai phía Buồng cháy và đờng thải đợc làm mát bằng

• Kết cấu nắp máy động cơ diesel phức tạp hơn so với động cơ xăng vì phải bố trí thêm:

- Buồng cháy phụ

• Yêu cầu với việc bố trí các cơ cấu trên nắp máy:

• Tạo xoáy lốc mạnh để cải thiện chất lợng tạo hỗn hợp

• Nhỏ gọn, tránh tổn thất nhiệt và tổn thất khí động

• Việc bố trí vòi phun và buồng cháy phải kết hợp với việc bố trí xu páp

• Vị trí vòi phun, xu páp (nap+thải), hướng đờng nạp +thải phải hợp lý để tạo thuận lợi choquá trình tạo hỗn hợp và thải khí

• Buồng cháy trực tiếp (thống nhất):

• Hình dạng buồng cháy thờng hình thành chủ yếu trên đỉnh pít tông

• Mặt nóng nắp máy thờng làm phẳng

• Vòi phun thờng bố trí trùng với tâm xi lanh (hoặc độ lệch nhỏ)

• Để tạo xoáy lốc cho dòng khí nạp  đờng nạp nghiêng và thắt nhỏ về phía xu páp hoặclợi dụng diện tích chèn khí giữa PT và nắp máy

• Buồng cháy gián tiếp (buồng cháy trước, buồng cháy xoáy lốc):

• Kết cấu nắp máy rất phức tạp , giá thành cao

• Buồng cháy kiểu này thờng chế tạo dạng tổ hợp: nửa trên BC xoáy lốc đúc liền với nắp xilanh, nủa dới có họng (làm bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt) và ép vào nắp xilanh; họng hớng vào tâm xi lanh

• Nắp máy động cơ ô tô-máy kéo thờng làm chung cho nhiều xi lanh nên dễ bị cong vênh (so với

trờng hợp nắp máy làm rời cho từng xi lanh)  phải tuân thủ quy định siết bu lông nắp máy,ngoài ra có thể bố trí các rãnh đàn hồi trên nắp máy

Cõu 11 Chức năng, điều kiện làm việc, vật liệu và phương phỏp chế tạo pittong

Nhiệm vụ của nhóm pít tông

+ Bao kín buồng cháy (ngăn khí lọt xuống các-te và dầu nhờn sục lên BC)

+ Tiếp nhận lực khí thể và truyền cho thanh truyền làm quay TK

+ ĐC 2 kỳ, PT có tác dụng nh một van trợt làm nhiệm vụ phối khí

7.1.1 Điều kiện làm việc:

-Chịu lực lớn, nhiệt độ rất cao, ma sát và mài mòn lớn.

• Tải cơ học

+ Lực khí thể lớn và có tính va đập

+ Lực quán tính (nhất là động cơ cao tốc)

 gây nên ứng suất lớn, làm biến dạng PT và có thể làm h hỏng PT

• Tải trọng nhiệt: PT trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có T0) rất cao (230) 0) -280) 0) oK) To phần

đỉnh rất cao (50) 0) -80) 0) oK) :

- US nhiệt lớn, rạn nứt PT Giảm sức bền pít tông

- Bó kẹt pít tông trong XL, tăng ma sát PT-XL

- Giảm hệ số nạp  giảm công suất

- Dễ gây kích nổ với động cơ xăng

7.1.2 Vật liệu và phơng pháp chế tạo

• Yêu cầu với vật liệu chế tạo pít tông:

- Có SB ở nhiệt độ cao; trọng lợng riêng nhỏ

- Hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn

- Chịu mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao

- Chịu đợc ăn mòn hoá học

• Vật liệu thờng dùng:

+ Gang (gang hợp kim, gang rèn, gang graphit cầu): có sức bền cơ học cao và ít giảm sút ở nhiệt

độ cao; Hệ số giãn nở dài vì nhiệt bé; Khả năng đúc và gia công công nghệ khá tốt; Giá thành rẻ.+ Hợp kim nhẹ (HK nhôm và HK manhê): HK nhôm đợc a dùng do có trọng lợng riêng nhỏ; tínhdẫn nhiệt tốt hơn (so với gang); giảm tổn thất ma sát (hệ số ma sát nhôm-gang nhỏ); dễ đúc, dễ giacông Nhợc điểm: hệ số giãn dài vì nhiệt lớn; chịu mòn kém hơn (so với gang và thép); sức bền giảmkhi nhiệt độ cao; đắt tiền

+ Thép: có sức bền cao nên có thể giảm chiều dày PT Nhợc điểm: dẫn nhiệt kém nên nhiệt độ

đỉnh PT cao dễ gây kích nổ; khó đúc ít dùng

Phưu thông nơng phỏp chế tạo pittong: P.43ng phỏp ch t o pittong: P.43ế tạo pittong: P.43 ạo pittong: P.43

Cõu 12 Kết cấu pittong động cơ xăng và động cơ diesel

7.1.3 Đặc điểm kết cấu

a Đỉnh pít tông

• Đỉnh bằng (Hình 7.3 a): Đcơ xăng và Đcơ diesel (phun gián tiếp), (Fchịu nhiệt nhỏ nhất)

• Đỉnh lồi (Hình 7.3 b,e) : Xăng BCháy chỏm cầu, độ cứng vững cao, Fchịu nhiệt lớn

• Đỉnh lõm (Hình 7.3 c): Đcơ xăng BCháy chỏm cầu, Đcơ diesel phun gián tiếp, xoáy lốc nhẹ cuối

Nguyên tắc khi thiết kế đỉnh pít tông:

• + Hình dạng thích hợp để hỗ trợ QTrình tạo hỗn hợp tăng tính kinh tế

• + Tỷ số F/V (diện tích buồng cháy/thể tích buồng cháy) nhỏ giảm tổn thất và phụ tải nhiệt

• + Góc lợn chuyển tiếp đỉnh –thân lớn để tăng khả năng dẫn nhiệt

• + Tránh va chạm với vòi phun, xu páp

• b.Đầu pít tông: Nhiệm vụ chính là bao kínsử dụng xéc măng; phần đầu chịu 70) -80) % lợng

nhiệt truyền cho PT Khi thiết kế đầu pít tông cần giải quyết 3 vấn đề: tản nhiệt, bao kín, sức bền

• Tản nhiệt: Nếu T 0) pít tông quá cao sức bền giảm mạnh Thông thờng: lợng nhiệt nhận đợc phầnlớn truyền qua XM  thành XL  nớc làm mát; 1 phần truyền cho khí nạp mới; 1 phần nhỏtruyền cho KK dới đỉnh PT (Hình 7.4) Các phơng án tăng khả năng tản nhiệt cho đầu pít tông:+ Tăng chiều dày đỉnh, tăng bán kính góc lợn giữa phần đỉnh và đai xéc măng (Hình 6.3 b)

+ Dùng đỉnh mỏng nhng có gân tản nhiệt phía dới (đồng thời tăng đợc độ cứng vững của đỉnh) (Hình6.4)

+ Dùng HK nhôm có hệ số dẫn nhiệt cao, gia công đỉnh pít tông bóng láng để giảm lợng nhiệt khícháy truyền cho pít tông

+ Dùng rãnh chắn nhiệt để lợng nhiệt truyền đều cho các XM phía dới (Hình 6.6) Bố trí XM khí thứnhất gần khu vực nớc làm mát

+ Dùng các biện pháp đặc biệt để làm mát đỉnh (phun dầu bôi trơn…)

• Bao kín: nếu bao kín không tốt  lọt khí, giảm Ne; tăng khí các-te  giảm chất lợng dầu bôi

trơn; tăng tiêu hao dầu nhờn

• + Số rãnh XM: số rãnh XM tăng khi tăng Pkt ; giảm tốc độ và tăng Dxl Thông thờng: Đcơ xăng

(3-4 XM khí; 1-2 XM dầu); Đcơ diesel (3-6 XM khí; 1-3 XM dầu) Rãnh XM khí bố trí phía trên

XM dầu, rãnh XM dầu có khoãn đờng hồi dầu về các te

• + Khe hở đầu PT –Xi lanh: khe hở lớn  dễ lọt khí, khe hở bé  dễ bó pít tông Khe hở này ờng lựa chọn theo kinh nghiệm Đầu pít tông thờng làm bậc nhỏ dần về phía thân (hoặc có độcôn)

th-• + Khe hở XM - rãnh XM: nếu khe hở lớn  va đập mạnh  PT chóng hỏng; khe hở nhỏ  baokín tốt nhng dễ bị bó XM Khe hở XM với rãnh thờng chọn theo kinh nghiệm:

• XM khí 1:  =(1/20) – 1/40) )h

• XM khí còn lại:  =(1/50) – 1/90) )h

• XM dầu :  =(1/50) – 1/120) )h với h là chiều cao của XM

• Rãnh XM khoét sâu hơn chiều dày XM từ 0) ,5 -1 mm Đôi khi dùng thêm đai XM bằng thép chịunhiệt, đợc đúc (hoặc cố định) trên đầu PT (Hình 6.8)

• Sức bền: với PT làm bằng HK nhẹ  để đảm bảo độ cứng vững của đỉnh và đầu, ngoài việc dùng

gân dới đỉnh còn dùng gân dọc nối đỉnh với bệ chốt (Hình 6.9)

• c Thân pít tông: Nhiệm vụ chủ yếu là dẫn hớng và chịu lực ngang N

• Chiều dài thân: tuỳ thuộc kiểu loại động cơ Thân PT diesel thờng dài hơn ĐCơ xăng Tăng chiều

dài thân giảm áp suất tiếp xúc thân PT-thành XL nhng làm cho PT nặng, tổn thất ma sát lớn

ĐC 2 kỳ, chiều dài thân đủ lớn để khi PT ở ĐCT vẫn đóng kín cửa quét

• Vị trí lỗ bệ chốt: nếu lỗ bệ chốt đặt chính giữa thân  áp suất tĩnh phân bố đều nhng khi làm việc

(do PT có xu hớng xoay quanh bệ) nên áp suất không phân bố đều  thờng đặt bệ chốt cao hơntrọng tâm phần thân PT

• Dạng thân: thân PT không phải dạng hình trụ mà thờng có dạng ô van hoặc vát 2 đầu bệ chốt để

tránh bó kẹt PT dới tác dụng của Pkt, N và ứng suất nhiệt (Hình 6.9) Các biện pháp tránh bó kẹtPT:

+ Làm thân có sẵn dang ô van (trục ngắn trùng với tâm chốt PT)

+ Vát bớt kim loại ở hai đầu bệ chốt (Hình 6.11)

+ Giảm độ cứng vững của thân PT (không dùng với động cơ diesel)

+ Dùng HK invar (hoặc thép cac bon) có hệ số giãn nở nhỏ để đỡ bệ chốt (không dùng với động cơdiesel)

d Chân (đuôi) pít tông: thờng có vành đai để tăng độ cứng vững Mặt trụ ở vành đai này th ờng là

mặt chuẩn gia công công nghệ Phần này cũng dùng để điều chỉnh trọng lợng:

+ ĐCơ ô tô-máy kéo: trọng lợng pít tông chênh lệch không quá 0) ,2 - 0) ,6%

+ Đcơ tầu thuỷ: chênh lệch không quá 1-1,5%

Xem P.53 (quan tr ng)ọng)

Cõu 13 Kết cấu và cỏc phương phỏp lắp ghộp chốt pittong với pittong và đầu nhỏ thanh truyền.

Xem P.99

7.3.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu

• Nhiệm vụ: truyền lực khí thể cho TT, có kết cấu đơn giản nhng rất quan trọng (nếu nó bị

gãy vỡ thì ĐC sẽ bị h hỏng rất nặng: vỡ thân máy, cong – gãy TK, cong TT…)

• Điều kiện làm việc: chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, thay đổi theo chu kỳ và có tính

va đập; nhiệt độ làm việc cao (>373 0) K) và khó bôi trơn (thờng là chế độ ma sát nửa ớt)

• Yêu cầu: Đủ SB và độ cứng vững Bề mặt có độ cứng cao chống mòn tốt nh ng ruột phải

dẻo để tăng SB mỏi; bề mặt chốt phải đợc mài bóng để tránh ứng suất tập trung

7.3.2 Vật liệu chế tạo

• Vật liệu chốt PT phải có độ bền cao, chịu mòn tốt, độ dẻo lớn

• Thờng dùng là thép cácbon và thép hợp kim có thành phần các bon thấp; chúng đợc thấm

than, nitơ hoá và sử dụng các biện pháp nhiệt luyện  độ cứng bề mặt ngoài đạtRC=58-65, độ cứng phần ruột RC=26-30)

+ Lỗ ren trên bệ chốt gây ứng suất tập trung

+ Chốt mài mòn không đều  dễ bị mỏi

+ Tăng trọng lợng nhóm PT và PT bị lệch

Hình 7.25 Phơng án cố định chốt pít tông trên đầu nhỏ (chỉ dùng với pít tông gang).

• Ưu điểm: u điểm:

+ Có thể giảm chiều dài đầu nhỏ TT

+ Không cần bôi trơn cho đầu nhỏ

+ Tăng chiều dài bệ chốt  giảm áp suất tiếp xúc, giảm độ võng của chốt

• Nhợc điểm:

+ Chốt mài mòn không đều  dễ bị mỏi

+ Cần để khe hở bệ – chốt tơng đối lớn  gõ chốt khi máy nóng

+ Kết cấu đầu nhỏ phức tạp, giảm sức bền đầu nhỏ

Hình 7.26 Phơng án chốt pít tông lắp tự do - “bơi” (hay dùng).

• PA này có nhiều u điểm:

+ Chốt có thể xoay tự do quanh đờng tâm  mòn đều và ít bị mỏi

+ Nếu 1 bề mặt bị kẹt (do cặn bẩn)  chốt vẫn có khả năng làm việc

• Cần chú ý:

+ Khe hở chốt–bệ, chốt - đầu nhỏ cần thích hợp để tránh va đập khi máy nóng

+ Có biện pháp hạn chế di chuyển chiều trục của chốt (vòng hãm, nút hãm)

+ Bôi trơn cho đầu nhỏ và bệ chốt (thờng dùng phơng pháp hứng dầu)

Cõu 14 Vật liệu, phương phỏp chế tạo và kết cấu của cỏc loại xec măng

7.4.1 Điều kiện làm việc:

• Chịu nhiệt độ cao (nhiệt độ XM khí 1 lên đến 623-673 oK)

• Vật liệu chủ yếu là gang hợp kim (nếu bị cào xớc nhỏ  mặt ma sát đợc phục hồi dần;

graphít trong gang có khả năng bôi trơn; ít nhạy cảm với ứng suất tập trung)

• Hiện nay, các loại vật liệu khác đang đợc nghiên cứu phát triển nh HK gốm, chất dẻo,

graphít (hợp kim gốm ép bằng bột sắt có nhiều triển vọng nhất)

• Phơng pháp chế tạo: Quy trình chế tạo XM rất phức tạp và đợc SX tại các N.máy riêng

+ Đúc đơn chiếc: hình dạng khi đúc giống XM ở trạng thái tự do, lợng d gia công nhỏ (< 0) ,5 mm);

đảm bảo tốt về thành phần  các nớc công nghiệp tiên tiến hay dùng