Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Chương 9 - HV Kỹ thuật quân sự

Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu và phương pháp chế tạo Nhiệm vụ:- Biến chuyển động tịnh tiến của PT thành chuyển động quay - Biến lực tác dụng trên PT thành mô men xoắn d

9.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu và phương pháp chế tạo Nhiệm vụ:

- Biến chuyển động tịnh tiến của PT thành chuyển động quay

- Biến lực tác dụng trên PT thành mô men xoắn dẫn động máy công tác và ngược lại

Yêu cầu:

- Có độ bền và độ cứng vững lớn

- Độ bền mỏi cao

- Kích thước, khối lượng nhỏ gọn

- Chịu mài mòn và ăn mòn tốt

- Độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc có độ cứng và độ bóng cao

- Không xảy ra dao động cộng huởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

- Đảm bảo tính cân bằng và độ đồng đều mô men xoắn

Thép cacbon được dùng phổ biến do các ưu điểm:

- Hệ số ma sát trong lớn, giảm dao động xoắn

- Giá rẻ, dễ chế tạo

Gang graphit cũng được dùng do các ưu điểm:

- Dễ đúc, giá rẻ

- Hệ số ma sát trong lớn, giảm dao động xoắn

- Chịu mòn tốt, giữ dầu bôi trơn tốt

- Ít nhạy cảm với ứng suất tập trung

Các phương pháp chế tạo phôi:

- Rèn: dùng thép cacbon hoặc thép HK Rèn khuôn dùng trong sản xuất

hàng loạt, trục khuỷu loại nhỏ Rèn tự do sản xuất trục khuỷu loại lớn

- Đúc: thường dùng trong sản xuất hàng loạt, do có ưu điểm là trọng lượng

phôi nhỏ, lượng dư gia công nhỏ có thể đúc kết cấu phức tạp Tuy nhiên khó đúc và dễ phát sinh khuyết tật trong lòng phôi đúc (rỗ khí, nứt ngầm)

9.2 Kết cấu trục khuỷu

- Hình dạng kết cấu TK phụ thuộc vào số xi lanh, cách bố trí xi lanh, số kỳ, thứ tự làm việc của các xi lanh

- Yêu cầu về kết cấu:

+ Đồng đều về mô men xoắn

+ Động cơ cân bằng tốt, ít rung động

+ Ứng suất do dao động xoắn nhỏ

+ Chế tạo đơn giản, giá thành thấp

- Kích thước TK phụ thuộc đường kính XL, cách thức làm mát, hệ thống nạp

thải, điều kiện làm việc các ổ trục, số lượng cổ trục

- Phân loại:

+ TK nguyên, TK ghép

+ TK đủ cổ trục, thiếu cổ trục

Hình 9.1 Hình dạng chung của trục khuỷu và bánh đà.

Hình 9.2 Kết cấu trục khuỷu liền, đủ cổ trục (động cơ B6)

§­êng­dÉn­dÇu­b«i­

tr¬n Cæ­trôc

Hình 9.3 Kết cấu trục khuỷu ghép

Hình 9.4 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ trục

Hình 9.5 Trục khuỷu, pít tông, thanh truyền

Hình 9.6 Trục khuỷu không có cổ trục (M500)

Hình 9.8 Kết cấu đầu trục khuỷu động cơ UAZ-469.

- Chiều dài có thể khác nhau

- Một số TK có kích thước cổ trục tăng dần từ đầu đến đuôi TK

Hình 9.9 Trục khuỷu.

Hình 9.10 Kết cấu cổ khuỷu rỗng và đường dẫn dầu bôi trơn.

9.2.3 Cổ khuỷu

- Có dạng trụ trơn

- Bên trong rỗng để giảm khối lượng và có thể dẫn dầu bôi trơn

- Thường có cùng đường kính, chiều dài

Hình 9.11 Cổ khuỷu rỗng và đường dẫn dầu bôi trơn.

Hình 9.12 Kết cấu các dạng má khuỷu.

9.2.4 Má khuỷu

Hình 9.13 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.14 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.15 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.16 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.17 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.18 Kết cấu má khuỷu.

Hình 9.19 Xác định độ trùng điệp

Hình 9.20 Kết cấu và cách lắp ghép đối trọng trên trục khuỷu.

9.2.5 Đối trọng

Hình 9.21 Kết cấu đuôi trục khuỷu.

9.2.6 Đuôi trục khuỷu

Hình 9.22 Đuôi trục khuỷu

có mặt côn

Hình 9.23 Đuôi trục khuỷu

có bánh răng phụ

Hình 9.24 Đuôi trục khuỷu có mặt bích

9.3 Tính bền trục khuỷu và các biện pháp tăng bền cho trục khuỷu 9.3.1 Phương pháp cổ điển

Hình 9.26 Sơ đồ tính bền trục khuỷu

* Trường hợp “Khởi động”

- TK ở ĐCT

- Bỏ qua lực quán tính

* Trường hợp Zmax

- TK ở ĐCT (đầu kỳ cháy – giãn nở)

Hình 9.27 Sơ đồ tính bền trục khuỷu

* Trường hợp Tmax

Hình 9.28 Sơ đồ tính bền trục khuỷu

* Trường hợp Mmax

Hình 9.29 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến

* Trường hợp TK thiếu cổ trục

Hình 9.30 Sơ đồ tính toán TK thiếu cổ trục

9.3.2 Phương pháp PTHH

Hình 9.31 Xây dựng mô hình tính toán (ĐC DSC80)

Hình 9.32 Mô hình hình học TK ĐC B6

Hình 9.33 Mô hình PTHH TK ĐC B6

Hình 9.34 Biến dạng xoắn TK ĐC B6

Hình 9.35 Trạng thái ứng suất

Hình 9.36 Trạng thái ứng suất

Hình 9.37 Trạng thái biến dạng

9.3.3 Biện pháp tăng bền trục khuỷu

9.3.3.1 Biện pháp kết cấu

- Tăng độ trùng điệp

- Tăng bán kính góc lượng giữa cổ trục, cổ khuỷu và má khuỷu

Hình 9.38 Các dạng góc lượng của phần chuyển tiếp

- Tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu

- Khoét rỗng cổ trục và cổ khuỷu

- Bố trí lỗ dẫn dầu bôi trơn hợp lý

- Khoét bỏ những vùng kim loại chịu ứng suất lớn nhất

Hình 9.39 TK chế tạo theo PP đúc

9.3.3.2 Biện pháp công nghệ

- Sử dụng biện pháp rèn khuôn

- Làm chai bề mặt: phun bi, phun cát, lăn cán

- Sử dụng biện pháp nhiệt luyện tốt: tôi cao tần, thấm N

- Mài bóng bề mặt

9.4 Bánh đà: công dụng, kết cấu, xác định mô men bánh đà

Trong quá trình ĐC làm việc ngay cả ở chế độ ổn định, mô men xoắn do

ĐC sinh ra luôn thay đổi Do vậy, tốc độ quay của trục khuỷu cũng không phải là hằng số (TK chuyển động có gia tốc), gây nên hiện tượng va đập trong quá trình ĐC làm việc (nhất là ĐC cao tốc)

9.4.1 Công dụng của bánh đà:

- Tích luỹ năng lượng (khi Mx >Mc) và giải phóng năng lượng (Mx<Mc)

để làm đồng đều mô men xoắn

- Là nơi ghi vị trí ĐCT, góc phun sớm nhiên liệu, góc đánh lửa, ký hiệu điều chỉnh CCPK, hệ thống điện

- Dùng để khởi động ĐC, lắp quạt gió, nam châm

Vật liệu chế tạo: gang xám, thép cacbon

Hình 9.40 Kết cấu

bánh đà dạng đĩa

Hình 9.41 Kết cấu bánh đà dạng chậu

9.4.2 Kết cấu

Hình 9.41 Kết cấu bánh đà dạng vành.

Hình 9.42 Kết cấu bánh đà của bộ ly hợp thủy lực

1 Bánh đà

2 Vành răng khởi động

3 Cánh chủ động

4 Cánh bị động

5 Trục bị động

9.4.3 Xác định mô men quán tính cần thiết của bánh đà:

- Độ không đồng đều của mô men:

- Độ không đồng đều của tốc độ: