Đồ án môn học kết cấu tính toán động cơ trục khuỷu động cơ D6BJ

- Dẫn động cho các cơ cấu khác nh : trục cam, bơm nớc, bơm dầu, máy phát….cùng sản xuất2.1.2 Điều kiện l m việcà nhận năng l -Trục khuỷu chịu lực quán tính v lực khí thểchịu tải trọng lớ

Nhận xét của giáo viên:

LỜI NóI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam phát triển một cách mạnh

mẽ đã thu đợc rất nhiều thành quả Bên cạch đó nghành kỹ thật nớc ta cũng không ngừng tiến bộ Trong đó phảI nói đến nghành động lực sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với rất nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới nh

TOYOTA, FORD, HYUNDAI, DAEWOO, MITSSUBISHI,….cùng sản xuất.cùng sản xuất

và lắp rắp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thật, đội ngũ kỹ thật của nớc ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có nh vậy nghành ôtô của nớc ta mới ngày càng phát triển đợc

Sau khi học xong môn Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, sinh viên đợc giao làm đồ án về môn kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Đây là phần

quan trọng trong nội dung học tập cảu sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinhviên tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã học để giảI quyết một vấn đề cụ thể của nghành.

Trong đồ án này em đợc giao nhiệm vụ phân tích kết cấu của trục khuỷu

động cơ với các thông số tùy chọn Đây là bộ phận rất quan trọng trong độngcơ đốt trong, nó lớn, nặng, chiếm đến 20-25% giá thành động cơ và quyết

định rất lớn đến tình trạng kỷ thuật của động cơ

Trong quá trình thực hiện làm đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành tốt đồ án Tuy nhiên vì bản thân còn ít kinh nghiệm nên việc hoàn thành đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý bauscho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm

ơn đến thầy Tô Bình đã nhiệt tình hớng dẫn cho em trong suốt quá trình làm

Nguyễn Hiển Hoàng

Chơng 1 giới thiệu xe ôtô tảI hyundai 5 tấn Ôtô tải HYUNDAI 5T do Hàn Quốc sản xuất vào năm 1994 và đợc sử

dụng rộng rãi ở Việt Nam từ nhiều năm nay

I Ôtô có các thông số kỹ thuật cơ bản nh sau:

1.Kích thớc xe:

- Chiều dài toàn bộ (mm) ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 8685

- Chiều rộng toàn bộ (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất2240

- Chiều cao toàn bộ (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 2620

- Chiều dài cơ sở (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 4885

- Vết bánh trớc (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 1754

- Vết bánh sau (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất.1660

2 Kích thớc thùng xe :

- Dài (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 6250

- Rộng (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 2120

- Cao (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 400

+ Chiều rộng sát xi (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất.840

+ Khoảng sáng gần xe (mm) ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 195

+ Từ trục trớc tới đầu xe (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất 1305

+ Từ trục sau tới cuối xe (mm)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất2435

3 Trọng lợng xe:

- Trọng lợng không tải (KG)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất.4710

+ Phân bố lên cầu trớc (KG) ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất2450 + Phân bố lên cầu sau (KG)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 2260

- Trọng lợng toàn bộ (KG) ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 9875

+ Phân bố lên cầu trớc (KG) ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 3328+ Phân bố lên cầu sau(KG)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất6547

- Tải trọng (KG)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 5000

- Số ngời trong ca bin ….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 3 (165 KG)

Vận tốc chuyển động lớn nhất (km/h)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 106

Bán kính quay vòng nhỏ nhất (m)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất8,6

Khả năng vợt dốc lớn nhất (%)….cùng sản xuất….cùng sản xuất….cùng sản xuất 44,1

4.Truyền lực:

- Ly hợp : Loại C5W33, điều khiển thuỷ lực, một đĩa ma

5 Bánh xe : Phía trớc đơn, phía sau kép

Phanh sau : Tang trống

8 Phanh tay, loại : Tang trống tác dụng phía sau hộp số

9.Phanh khí xả : Loại van bớm

10 Hệ thống treo :

Trớc : Nhíp lá, giảm chấn ống

Sau: Nhíp lá

Giảm chấn : Thuỷ lực, tác động 1 chiều.

- Loại: Động cơ điezel, 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, phun

nhiên liệu trực tiếp, làm mát bằng nớc

- Dẫn động cho các cơ cấu khác nh : trục cam, bơm nớc, bơm dầu, máy phát….cùng sản xuất

2.1.2 Điều kiện l m việcà nhận năng l

-Trục khuỷu chịu lực quán tính v lực khí thể(chịu tải trọng lớn v luôn luônà nhận năng l à nhận năng lthay đổi)

-Chịu va đập v chịu xoắn lớnà nhận năng l

-Chịu m i mòn v chịu lực ma sát lớn do khó có thể bôi trơn ở nhiệt độ và à nhận năng l à nhận năng ltốc độ cao

2.1.3 Yêu cầu:

-Trục khuỷu cú độ cứng vững lớn ,có độ bền cao v trọng là nhận năng l ợng nhỏ

-Có độ chính xác v gia công cao, độ cứng , độ bóng bề mặt của chốt khuỷuà nhận năng llớn

-Đảm bảo tính cân bằng v tính đồng đều mômen quay cao nhà nhận năng l ng đơn giản,

Thép cácbon đợc dùng nhiều vì nó có những u điểm sau đây:

-Hệ số ma sát trong của thép cácbon lớn hơn thép hợp kim Vì vậy nó có khả năng giảm biên độ dao động xoắn

2.2 Đặc điểm kết cấu của các dạng trục khuỷu:

2.2.1 Trục khuỷu nguyên

Trục khuỷu gồm các phần:

Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má, cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu

Hình 1:Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu

+ Đầu trục khuỷu:

-Đầu trục khuỷu thờng dùng để lắp bánh răng dẫn động bơm nớc, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bánh đai(puly) để dẫn động quạt gió v đai ốc à nhận năng lkhởi động để khởi động động cơ bằng tay quay Các bắnh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian v đều l lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn à nhận năng l à nhận năng ldầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu

-Ngo i các bộ phận thà nhận năng l ờng gặp kể trên trong một số động cơ còn có lắp bộ giảm dao động xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu Bộ giảm dao dộng xoắn có tác dụng thu năng lợng sinh ra do mômen kích thích trên hệ khuỷu

do đó dập tắt dao động gây ra bởi mômen

Bộ giảm dao động xoắn thờng lắp ở đầu trục khủy là nơi có biên độ dao dộng xoắn lớn nhất

+ Khuỷu trục

-Cổ trục: các cổ thờng có cùng kích thớc đờng kính (Đờng kính cổ trục thờngtính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định thời gian xử dụng và thời gian sữa chữa động cơ

Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục

để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục đợc đồng đều hơn.Khi đờng kính cổ trục tăng làm tăng thêm độ cứng vững trục khuỷu, mặt khác mômen quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắncủa trục cũng tăng lên mà khối lợng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn không thay đổi

Tuy vậy tăng kích thớc cổ trục, kích thớc của ổ bi trục sẽ tăng theo đồng thời trọng lợng trục khuỷu lớn nên ảnh hởng đến tần số dao động xoắn của hệ trục, có thể xảy ra hiện tợng cộng hởng trong phạm vi tốc độ xử dụng

Hình 2:Kết cấu khuỷu trục

- Cổ chốt khuỷu: có thể lấy đờng kính của chốt khuỷu bằng đờng kính của cổ trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ tải và lực quán tính lớn, muốn vậy để tăng khả năng làm việc của bạc lót và chốt khuỷu ngời ta thờng tăng

đờng kính chốt khuỷu

Nh vậy kích thớc và khối lợng của đầu to thanh truyền sẽ tăng dần theo, tần

số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tợng cộng hởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thỏa mãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn và trục khuỷu có độ cứng vững lớn, do đó để giảm trọng lợng, chốt khuỷu phải làm rỗng Chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền, giảm khối l-ợng quay thanh truyền Lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làm đồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu

- Má khuỷu: là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu

Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lợng, má khuỷu có nhiều dạng nhng chủ yếu má dạng hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản,

dễ chế tạo, dạng má hình ôvan có kết cấu phức tạp Loại má khuỷu hình chữ nhật phân bố lợi dụng vật liệu không hợp lý do tăng khối lợng không cân bằng má khuỷu, má khủy dạng tròn có sức bền cao, có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu, giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu, mặt khác má tròn dễ gia công

- Đối trọng lắp trên trục khủy có hai tác dụng:

+ Cân bằng mômen quán tính không cân bằng động cơ, chủ yếu là lực quán tính ly tâm nhng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến nh động cơ hình chữ V

+Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ bốn kỳ có 4,6,8 xilanh vì ở

động cơ này có lực quán tính và mônen quán tính tự cân bằng nhng ứng suất giữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mômen quán tính nói trên đợc cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suất uốn do lực quán tính mômen gây ra Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt

đối và thân máy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng

để cân bằng

Hình 3:Kết cấu các dạng má khuỷu

Đuôi trục khuỷu thờng lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác

Trục thu công suất động cơ thờng đồng tâm với trục khuỷu, dùng mặt bích trục khuỷu để lắp bánh đà

Ngoài ra kết cấu dùng để lắp bánh đà trên trục khuỷu còn có lắp các bộ phận

đặc biệt:

- Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong một vài động cơ do đặc điểm kết cấu phải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôi trục khuỷu phải cố mặt bích lắp bánh răng

- Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi các te

Các dạng trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh, cách bố trí xilanh, số kỳ động cơ và thứ tự làm việc của các xilanh Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động và mômen xoắn tơng đối nhỏ

động cơ hai kỳ kich thớc trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải

Hình 3:Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên

1-Đai ốc khởi động ,2-Bánh răng, 3-Đối trọng ,4-Đờng dầu,

5,8-Cổ trục khuỷu, 6-Má khuỷu,7-Chốt khuỷu,9-Bạc lót

2.2.2 Trục khuỷu ghép

Trục khủyu ghép thờng chế tạo riêng thành từng bộ phận: cổ trục, má khuỷu,chốt khuỷu ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khủy Th-ờng dùng trong động cơ cỡ lớn Trục khủy thờng đợc chế rạo thành từng

đoạn rồi ghép lại với nhau bằng mặt bích Trục khuỷu phần lớn thờng ghép trong động cơ cỡ lớn nh động cơ tàu thủy, động cơ tĩnh tại nhng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ nh xe môtô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn, để giảm hiện tợng dao động của trục cần rút ngắn chiều dài của trục khuỷu

Hình 4:Kết cấu trục khuỷu ghép

1,4-Cổ trục khuỷu, 2-Má khuỷu, 3,6-Đờng dầu bôi trơn chính,

5-Đai ốc ghép má khuỷu v chốt khuỷu ,7-ổ bi à nhận năng l

2.2.3 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ

Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này là kích thớc nhỏ gọn nên có thể rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lợng của động cơ

Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kế cần tăng kích thớc cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu

để tăng độ cứng vững cho chốt khuỷu Thờng dùng trong động cơ xăng ôtô máy kéo và động cơ điezel công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ

Hình 5: Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ

1-Lỗ dầu bôi trơn, 2-Chốt khuỷu, 3-Má thiếu cổ, 4-Má khuỷu, 5-Đuôi trục khuỷu

2.2.4 Kết cấu trục khuỷu động cơ hình chữ V

Loại trục khuỷu n y thà nhận năng l ờng dùng trong động cơ có hai h ng xilanh góc lệch à nhận năng lhai khuỷu kế tiếp l à nhận năng l 90o

Trục khuỷu chữ V thờng dùng trong động cơ có công suất trung bình v lớn, à nhận năng lkết cấu phức tạp, khó chế tạo, giá th nh cao.à nhận năng l

Hình 6:Kết cấu trục khuỷu động cơ hình chữ V

1-Bánh răng khởi động, 2-Đờng dầu bôi trơn, 3-Chốt khuỷu, 4-Vít dầu, Má khuỷu, 6-Lỗ dầu bôi trơn trục cam, 7-Cổ trục khuỷu, 8-Vít bắt puly, 9-Vít bắt quạt

5-2.3 Các thông số và yêu cầu kỷthuật v yêu cầu của chi tiết àm việc, vật liệu chế tạo:

2.3.1 Thông số kỷ thuật:

a) Góc công tác k và thứ tự làm việc của các xilanh trong động cơ nhiều xilanh mà các xi lanh xắp xếp theo một hàng dọc, trục khuỷu của động cơ cónhiều khuỷu trục Để đảm bảo tính cân bằng, tính đồng đều của động cơ, cáckhuỷu trục phải sắp xếp theo một góc độ nhất định, góc lệch giữa hai khuỷu trục của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau gọi là góc công tác Khi chọn góc công tác của khuỷu trục và thứ tự làm việc của các xilanh cần xét đến các vấn đề sau:

+ Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và đồng đều tốt nhất của động cơ

+ Phải đảm bảo phụ tải trên ổ trục là bé nhất

+ Đảm bảo hiệu xuất nạp khí có lợi nhất

-Thông thờng khó có thể thoả mãn đồng thời các yêu cầu trên Đối với động cơ bốn kỳ khi trục khuỷu quay đi hai vòng các xilanh phải làm việc một lần

Đối với động cơ hai kỳ, trục khuỷu quay đi một vòng thì các xilanh đều phải làm việc một lần vì vậy góc công tác có thể tính theo công thức sau:

k = (180.)/iTrong đó: i-Số xilanh

-Số kỳ

Do đó tuỳ theo hai loại động cơ hai kỳ hay bốn kỳ, đối với mỗi xilanh, có thểchọn một hay nhiều kết cấu trục khuỷu và một hay nhiều thứ tự làm việc của

xy lanh

Vậy góc công tác của động cơ bốn kỳ 6 xilanh một hàng dọc là: k=1200, và

thứ tự làm việc của các xi lanh là: 1-5-3-6-2-4.

b) Lực và mômen tác dụng lên trục khuỷu của động cơ 1 hàng xilanh

Ta có: trên khuỷu trục 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 phía trớc M i tác dụng lên cổ trục phía sau của khuỷu

Xilanh 1

720 540

360 180

0

Thải Cháy

Nén

- Giữa xilanh thứ 1 và xilanh thứ 2 là 2400

- Giữa xilanh thứ 2 và xilanh thứ 3 là 2400

- Giữa xilanh thứ 3 và xilanh thứ 4 là 3600

- Giữa xilanh thứ 4 và xilanh thứ 5 là 2400

- Giữa xilanh thứ 5 và xilanh thứ 6 là 2400Vì 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 cổ 6-0 ngoài chịu lực tác dụng của lực trên trục thứ 6 ra còn chịu thêm tải trọng của bánh đà.

Tổng mômen Mi của các khủy tính theo cách lập bảng Ti Sau khi vẽ đờng biểu diễn quan hệ T – α ta xác định đợc tổng lực tiếp tuyến trung bình Ttb dùng để nghiệm lại công suất chỉ thị của động cơ:

Ni =  

30

.



(kW)Trong đó:

φ - hệ số hiệu đính đồ thị công

Nếu khi xác định pkt đã căn cứ vào đồ thị công hiệu đính thì φ = 1

n- số vòng quay của động cơ (vg/phút),

R- bán kính quay của trục khuỷu

2.3.2 Yêu cầu kỷ thuật:

Tuổi thọ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu vì vậy đối với kết cấu trục khuỷu phải chú ý đảm bảo các yêucầu sau:

*Yêu cầu về độ chính xác gia công:

+ Độ chính xác về kích thớc cổ trục chính và cổ biên đạt cấp chính xác 2 +Độ côn cho phép cuả cổ trục không đợc vợt quá:



kéo máy Với

-0, 15

i tả

xe với -

0, 1

con

ôt ô với

0,2

ôtô

với -

0,1

đo trên toàn bộ chiều dài của một cổ

+Độ không đồng tâm giữa các cổ trục không đợc vợt quá: (0.25 0.35)

*Yêu cầu về kết cấu:

-Cổ chốt và cổ trục phải có độ cứng vững ,độ bóng bề mặt cao

-Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lợng nhỏ ít mòn