Bài tập kết cấu tính toán động cơ đốt trong nhóm piston

I.Điều kiện làm việc của pistonPiston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ đốt trong.trong quá trình làm việc các chi tiết chịu lực rất lớn ,chịu nhiệt rất cao và ma

Các thành viên trong nhóm:

1.ĐINH VĂN ĐÔ

2.NGUYỄN QUỐC BẢO

3.TRẦN VĂN NHÌ

4.TRẦN TÔN PHƯỢNG

5.DƯƠNG PHÚ QUÝ

6.VƯƠNG VĂN THÀNH (nhóm trưởng )

7.NGUYỄN ĐỨC VUI

LỜI MỞ ĐẦU

Cơ Khí là ngành kỹ thuật cơ bản và quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Trong đó Cơ Khí ôtô là một thành phần không thể thiếu và rất quan trọng Việc tính toán thiết kế chế tạo , sửa chữa, cải tiến động cơ cực kỳ khó khăn và phức tạp … Trong đó

bộ môn kết cấu và tính toán động cơ đốt trong chính là tiền đề cơ bản cũng như làm nền tảng vững chắc để chúng em có thể nghiên cứu sâu hơn vào chuyên ngành cơ khí

ô tô Chúng em được học và ngiên cứu bộ môn động cơ đốt trong là một trong nhữngmôn cơ bản và cần thiết nhất

Hôm nay được giao nhiệm vụ tìm hiểu tính toán về phần PISTON các bạn trong nhómđã cố gắng và lỗ lực rất nhiều, đã thực hiện đầy đủ và làm bài báo cáo này Trong quátrình làm việc không tránh khỏi thiếu sót,mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến

Em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Đào Nam đã giúp đỡ nhóm của em thực hiện phần nghiên cứu này

Tp.Hồ Chí Minh tháng 10/2010 Người thực hiện Nhóm 3

Giới thiệu về piston

2.Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu,nénkhí trong quá trình nén,đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp

3.Trong động cơ hai kì nhóm piston có tác dụng như một van trượt làm nhiệm vụ phối khí (đóng ,mở lỗ nạp và thải)

I.Điều kiện làm việc của piston

Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ đốt trong.trong quá trình làm việc các chi tiết chịu lực rất lớn ,chịu nhiệt rất cao và ma sát mài mòn lớn.lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể cháy và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston còn mài mòn là do thiếu dầu bôi trơn mặt ma sát của piston với

xi lanh khi chịu lực

1.Tải trọng cơ học

Trong quá trình cháy, hỗn hợp khí sinh ra có áp suất rất lớn trong buồng cháy có khi đạt tới 130 at hoặc cao hơn trong chu kì công tác của động cơ áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston thay đổi rất nhiều vì vậy lực khí thể gây ra tính va đập lớn.trong động cơ cao tốc do số vòng quay rất cao nên lực tác dụng lên piston cũng rất lớnLực tác dụng lên piston lớn gây ra ứng suất lớn Thường làm biến dạng và đôi khi làm

hư hỏng piston

2.Tải trọng nhiệt

Trong quá trình cháy piston tiếp xúc trược tiếp với khí cháy có nhiệt độ rất cao ,

khoảng 2300—28000K nên nhiệt độ của piston,đặc biệt là phần đỉnh piston rất

cao ,khoảng 500—8000K.nhiệt độ cao như thế thường gây ra tác hại sau:

gây ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn ,nứt piston

Gây ra biến dạng lớn,có thể làm piston bị bó kẹt trong xi lanh và tăng ma sát giữa piston với xylanh

Làm giảm sức bền của piston

Làm giảm hệ số nạp, ảnh hưởng đến công suất của động cơ

Làm dầu nhờn chóng bị phân hủy

Đối với động cơ xăng nhiệt độ của piston quá cao dễ gây ra hiện tượng kích nổ

3.Ma sát và ăn mòn hóa học

Trong quá trình làm việc, piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang N ép piston vào xylanh hơn nữa do lực khí thể ,lực quán tính và nhiệt độ cao làm piston biến dạng nên ma sát lại càng tăng.ngoài ra do piston luôn tiếp xúc với sản vật cháy nên bị các nguyên tố hóa học trong sản vật cháy ăn mòn như axit cácbonic, axit sunfuaric

II.Vật liệu chế tạo của piston

Do điều kiện làm việc của piston rất khắc nghiệt nên khi chế tạo cần đảm bảo yêu cầu sau:

Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và giảm ứng suất nhiệt

Trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính

Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn

Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút,không cháy piston và ít hao dầu nhờn

Vật liệu thường dùng để chế tạo phải đảm bảo các yêu cầu sau

Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi

Trọng lương riêng nhỏ

Hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn

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

Chống được sự ăn mòn của khí cháy

Vật liệu thường được dùng hiện nay là gang và hợp kim nhẹ

Gang : là loại vật liệu được dùng khá phổ bến có các loại gang là gang hợp kim ,gang dẻo và gang graphit cầu

Gang hợp kim(gang xám):có nhiều ưu điểm.có sức bền cơ học khá cao,giới hạn sức bền có thể đạt tới 320MN/m2 tínhcông nghệ đúc và gia công tương đối tốt.giá rẻNhược điểm

Trọng lượng riêng khá lớn,hệ số dẫn nhiệt nhỏ,dễ rạn nứt ở nhiệt độ quá cao

Gang dẻo khác gang xám ở chỗ nó có độ bền cao hơn

Gang graphit có sức bền cao ,chịu được nhiệt độ cao nhưng tính công nghệ đúc và gia công lại hơi kém

Thép :ít được dùng do có tính dẫn nhiệt kém tuy cũng có sức bền và chịu mài mòn tốtnhưng do có tính dẫn nhiệt kém và khó đúc nên giá thành cao

Hợp kim nhẹ:

Hợp kim manhezi:có trọng lượng riêng nhỏ nhưng có nhiều nhược điểm mô đun đàn hồi thấp, sức bền kém, giá thành cao mà lại khó đúc nên ít được sử dụng

Hợp kim nhôm: được dùng khá nhiều do có nhiều ưu điểm:

Nhẹ,có trọng lượng riêng nhỏ,tản nhiệt tốt,chịu được nhiệt độ cao và áp suất caoDễ đúc,dễ gia công

Nhưng cũng có khuyết điểm như :hệ số giãn dài lớn,chịu mòn kém và khá đắt tiềnMặc dù có nhiếu nhược điểm nhưng hợp kim nhôm vẫn có nhiều ưu điểm mà các loại hợp kim khác không có được.vì vậy người ta vẫn dùng hợp kim nhôm rất nhiều và cố gắng khắc phục những nhược điểm của nó bằng cách:

Nhiệt luyện để đạt độ cứng

Tăng thêm bề dày khi gia công

Tăng thêm thành phần silic để giảm độ giãn dài

Ngoài ra còn dùng biện pháp xẻ rãnh đàn hồi,dùng hợp kim inva,làm thân hình

ôvan

Người ta chia ra làm 3 loại chính:

Hợp kim nhôm ,đồng

Hợp kim nhôm silic cùng tinh

Hợp kim nhôm -silic sau cùng tinh

III.Cấu tạo của piston

Piston thường được chia làm ba phần chính:

- Đỉnh piston: Được tính từ mép trên của rãnh xéc măng khí thứ nhất trở lên Một

số động cơ Điêzen có khoét buồng cháy phụ trên đỉnh piston Đỉnh piston thường có dấu chỉ chiều lắp piston Đỉnh piston có 3 loại

+ Đỉnh bằng: Dễ chế tạo, thường dùng cho động cơ xăng , phổ biến nhất.nó có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản ,dễ chế tạo

+ Đỉnh lõm: Phần đỉnh piston được khoét lõm theo các hình dạng: chỏm cầu, chữ U,W, loại này làm cho hỗn hợp hòa trộn đều dùng cho các loại động cơ Diezel có buồng cháy phụ Phần lõm có thể là toàn đỉnh hoặc có khi chỉ lõm xuống một vùng của đỉnh,chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệch tâm Loại này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc trong quá trình nén và cháy Vòi phun của của các loại động cơ này thường được đặt trên lắp quy lát hướng vào giữa đỉnh piston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng đốt Loại này có nhược

điểm là diện tích chịu nhiệt lớn và trọng lượng phần đầu piston khá nặng

+ Đỉnh lồi: Lực được phân bố đều xung quanh, khả năng chịu lực tốt, có độ cứng vững cao Loại này khó chế tạo, diện tích tiếp xúc nhiệt lớn, truyền nhiệt khó, loại nàyít dùng

Đỉnh piston có rất nhiều dạng như vậy nên khi thiết kế dạng đỉnh cần chú ý đảm bảo các yêu cầu sau :

Đỉnh phải có dạng thích hợp để tạo hỗn hợp tốt phù hợp với yêu cầu của quá trình cháy

Đỉnh cầu phải có tỉ số diện tích buồng cháy so với thể tích buồng cháy nhỏ để giảm tổn thất nhiệt và phụ tải nhiệt cho piston ,đồng thời tăng được hệ số nạp,tránh kích nổ, Có góc lượn tương đối lớn để dẫn nhiệt tốt

Phải chú ý đến cách đặt xupap vòi phun, buji để tránh việc va chạm đỉnh piston với các chi tiết này

- Đầu piston: là phần có xẻ rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu vì nó có nhiệm vụ bao kín piston với xilanh nên khi thiết kế cần chú ý 3 vấn đề sau :

Tản nhiệt

Bao kín

Sức bền

1.Vấn đề tản nhiệt của piston

Rất quan trọng vì nếu để nhiệt độ cao quá sẽ làm giảm sức bền của piston vì vậy phải dùng phương pháp làm mát bằng phương pháp phun dầu phía dưới đỉnh piston hoặc dẫn nước vào làm mát đỉnh piston

Để tản nhiệt tốt khi thiết kế người ta dùng các phương pháp sau :

thiết kế đỉnh piston tương đối dày Bán kính góc lượn giữa phần đỉnh và đai xec măng tương đối lớn

thiết kế đỉnh piston tương đối mỏng nhưng có gân tản nhiệt phía dưới đỉnh để tăng diện tích tiếp xúc với không khí

dùng hợp kim nhôm có hệ số dẫn nhiệt cao , gia công đỉnh piston bóng láng

dùng các rãnh chắn nhiệt để nhiệt tản đều xuống các xec măng

dẫn dầu lên mặt dưới của piston để làm mát

2.Vấn đề bao kín

việc bao kín rất quan trọng ngày nay chỉ có duy nhất một cách là dùng các xec măng

số rãnh xec măng :dùng càng nhiều xec măng thì việc bao kín càng tốt nhưng đòng thời dẫn theo việc đầu piston dài hơn và nặng hơn tạo ra nhiều ma sát hơn gây mòn vànóng động cơ.sử dụng xec măng chỉ từ 1 đến 6 Xéc măng khí bao giờ cũng nằm trên cùng và trên xec măng dầu

khe hở giữa phần đầu piston và xylanh cũng cần quan tâm vì nếu khe hở quá lớn gây lọt khí còn nếu quá nhỏ sẽ gây bó kẹt

khe hở giữa xec măng và rãnh xéc măng không được để quá lớn vì sẽ gây va đập còn nếu để quá nhỏ sẽ gây bó kẹt

3 Vấn đề sức bền

Đối với piston làm bằng hợp kim nhẹ để đảm bảo độ bền ngoài việc làm gân phía dưới người ta còn làm gân dọc nối với bệ chốt piston

III Thân piston

- Thân piston: Trên thân piston có lỗ chốt piston Một số động cơ còn có thêm xéc măng dầu ở cuối phần dẫn hướng Thân piston thường có mặt cắt dạng ô van để tránh cho piston bị bó kẹt trong xi lanh khi chịu nhiệt độ cao Một số piston có chế tạo rãnh phòng nở

1.Có tác dụng

là dẫn hướng cho chuyển động của piston trong xylanh và chịu lực ngang N

Chiều dài của thân phụ thuộc vào kiểu loại động cơ thiết kế than dài tuy có lợi về mặt dẫn hướng và bao kín buồng đốt nhưng lại có nhược điểm là trọng lượng lớn ,tổn thất ma sát cũng lớn mặc dù vậy ở động cơ 2 kỳ vẫn phải thiết kế đủ dài để khi pistonlên tới điểm chết trên nó vẫn đảm bảo bao kín ống nạp và ống xả

2.Vị trí của lỗ chốt piston

Do lực ma sát tác dụng làm piston có xu hướng quay quanh chốt vì vậy người ta thường đặt chốt piston ở vị trí cao hơn trọng tâm của phần thân để lực ngang N phân

bố đều hơn

3 Dạng của thân piston

Thường không phải là hình trụ mà mặt cắt ngang có dạng hình ô van hoặc vát ở hai đầu bệ chốt piston ,làm như vậy để chốt piston không bị bó kẹt trong xylanh

Để khắc phục hiện tượng bó piston người ta dùng biện pháp sau :

Làm thân piston có sẵn dạng ô van mà trục ngắn của nó trùng với đường tâm của chốt piston

Tiện vát bớt mặt thân piston ở phía hai đầu bệ chốt

Giảm độ cứng vững của thân piston,làm bằng hợp kim nhẹ,xẻ các rãnh hình chữ T, trên thân piston vừa tránh bó piston vừa làm giảm nhiệt độ của nó

Đúc,gắn miếng hợp kim invar hoặc thép các bon để đỡ bệ chốt piston làm cho thân piston không giãn nở tự do theo chiều thẳng góc với đường tâm chốt piston được nữa.nhưng nhược điểm của phương phá đúc này là khó chế tạo và hợp kim invar rất đắt tiền

4 Chân piston

thường có vành đai để tăng độ cứng vững mặt trụ của vành đai này thường là mặt chuẩn công nghệ khi gia công.ngoài ra để điều chỉnh trọng lượng của piston người ta thường cắt bỏ một phần kim loại hoặc khoan lỗ mặt dưới của đỉnh piston.

Bảng 1.1

2 Điều kiện tải trọng

Piston chịu lực khí thể Pkt , lực quán tính và lực ngang N, đồng thời chịu tải trọng nhiệt không đều Khi tính toán kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải trọng lớn nhất

3 Tính nghiệm bền đỉnh piston

Tính nghiệm bền đỉnh piston đều phải giả thiết lực tác dụng phân bố đều và chiều dày của đỉnh có giá trị không đổi Dưới đây giới thiệu hai phương pháp tính nghiệm bền đỉnh

Công thức Back dùng các giả thiết sau:

Coi đỉnh piston là một đĩa tròn có chiều dày đồng đều δ đặt trên gối tựa hình trụ rỗng Coi áp suất khí thể pz phân bố đều trên đỉnh như sơ đồ hình 1.2.Lực khí thể Pz = pz FP và phản lực của nó gây uốn đỉnh piston tại tiết diện x -

x Lực khí thể tác dụng trên nửa đỉnh piston có trị số:

z

z

p D Pz

8 2

2



 ; (MN) 1)

(1-Lực này tác dụng tại trọng tâm của nửa hình tròn

2

D D

3 MN m D

Ứng suất cho phép như sau:

- Đối với piston nhôm hợp kim:

Đỉnh không gân [σu ] = 20 - 25 MN/m2

Đỉnh có gân [σu ] = 100 - 190 MN/m2

- Đối với piston gang hợp kim:

Đỉnh không gân [σu ] = 40 - 45 MN/m2

Đỉnh có gân [σu ] = 100 - 200 MN/m2

b Công thức Orơlin.

Công thức Orơlin giả thiết đỉnh là một đĩa tròn bị ngàm cứng trong gối tựa hình trụ (đầu piston) như sơ đồ trên hình 1.2 Giả thiết này khá chính xác với loại đỉnh mỏng có chiều dày δ ≤ 0,02 D

Khi chịu áp suất pz phân bố đều trên đỉnh, ứng suất của một phân tố ở vùng ngàm được tính theo các công thức sau:

μ - Hệ số poát xông (đối với

gang μ = 0,3; với nhôm μ = 0,26)

r - Khoảng cách từ tâm đỉnh

piston đến mép ngàm.

Ứng suất cho phép đối với vật

liệu gang và nhôm: [σ] = 60 MN/m2

Hình 1.3 Sơ đồ tính đỉnh piston

theo phương pháp Orlin

.4 Tính nghiệm bền đầu piston.

Tiết diện nguy hiểm của phần đầu piston là tiết diện cắt ngang của rãnh xéc măng dầu (FI-I hình 1-1).

a Ứng suất kéo:

I I

I I I

Trong đó: mI-I là khối lượng phần đầu piston phía trên tiết diện I-I.

Theo kinh nghiệm mI-I thường bằng (0,4 - 0,6)mnp

Ứng suất cho phép: [σk] ≤ 10 MN/m2.σk] ≤ 10 MN/m2.k] ≤ 10 MN/m2.

b Ứng suất nén:

max 2

I I I

suất cho phép Ứng:

- Đối với gang [σn] = 40 MN/m2

- Đối với nhôm [σn] = 25 MN/m2

5 Tính nghiệm bền thân piston.

Tính nghiệm bền thân piston chủ yếu là kiểm tra áp suất tiếp xúc của than với xilanh

Trị số cho phép của Kth như sau:

- Đối với động cơ tốc độ thấp [σk] ≤ 10 MN/m2.Kth] = 0,15 - 0,35 MN/m2

- Đối với động cơ tốc độ trung bình [σk] ≤ 10 MN/m2.Kth] = 0,3 - 0,5 MN/m2

- Đối với động cơ tốc độ cao [σk] ≤ 10 MN/m2.Kth] = 0,6 - 1,2 MN/m2

Áp suất tiếp xúc trên bệ chốt piston cũng được xác định theo công thức tương tự:

Trong đó: dcp - đường kính chốt piston

l1 - chiều dài làm việc của bệ chốt

Áp suất tiếp xúc cho phép:

- Kiểu lắp chốt tự do:

[Kb] = 20 -30 MN/m2

- Kiểu lắp cố định trên piston gang:

[Kb] = 25 - 40 MN/m2

6 Khe hở lắp ghép của piston:

Tùy thuộc vật liệu chế tạo piston, xi lanh và trạng thái nhiệt của piston mà khe

1.Khi đó ta có các kích thước cơ bản sau:

D=80 mm,  = (0,03-0,09) D

Ta chọn = 0,06.D=O,06.0,8=0,0048m

Nghĩa là chọn píton không làm mát đỉnh

2.điều kiện tải trọng

3 tính nghiệm bền đỉnh piston

Tính nghiệm bền đỉnh piston đều phải giả thiết lực tác dụng phân bố đều và chiều dày của đỉnh có giá trị không đổi Dưới đây giới thiệu hai phương pháp tính nghiệm bền đỉnh:

a.phương pháp 1( phương pháp back)

ta có:

14 , 3 3

8 , 0 2 3

8 , 0

Môđun chống uốn của tiết diện đỉnh:

1,Trạng thái làm việc chốt

piston:Chốt piston là chi tiếc máy nối

piston với thanh truyền nó truyền lực tác

dụng của khí thể tác dụng lên piston cho

thanh truyền để làm quay trục khuỷu,vì

vậy tuy là một chi tiếc máy đơn giản

nhưng rất quan trọng.Trong quá trình

làm việc,chốt piston chịu lực khí thể và

lực quán tính rất lớn,các lực này đều thay

đổi theo chu kỳ đồng thời có tính chất va

đập mạnh,nhất là trong động cơ cao tốc

Do nhiệt độ làm việc của chốt piston tương đối cao (>3730) mà chốt piston lại khó chuyển động xoay tròn trong bệ chốt nên rất khó bôi trơn,ma sát dưới dạng nửa ướt dovậy nên dễ bị ăn mòn

2,Yêu cầu đối với chốt piston:

Do điều kiện làm việc như vậy nên phải chế tạo

chốt piston bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền

và độ cứng vững.Chốt piston phải được nhiệt

luyện theo công nghệ đặc biệt,đảm bảo bề mặt

làm việc của chốt piston có độ cứng cao,chống

mòn tốt,nhưng ruột chốt lại phải dẻo để chống

mỏi tốt.Mặt chốt phải mài bóng để tránh ứng suất

tập trung và khi lắp ghép chốt piston với piston

và thanh truyền,khe hở lắp ghép phải nhỏ(dung sai trong giới hạn nhất định cho

phép),nếu không chốt sẽ bị va đập lớn,dễ bị hư hỏng

Chốt piston đóng vai trò rất quan trọng vì nếu như chốt piston bi hỏng trong quá trình làm việc thi sẽ dẫn đến động cơ sẽ hư hỏng rất nghiêm trọng.

B,Vật liệu chế tạo chốt piston:

Do đặc điểm làm việc như trên nên vật liệu làm piston phải có độ bền cao,chịu được mài mòn tốt và có độ dẻo lớn.Vật liêu thương dùng là thép cacbon và thép hợp kim cóthành phần cacbon thấp như thép 20,20X,15XA,15XMA,12XH3A,18XHMA…

Thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon thấp khi nhiệt luyện đều phải thấm than (xementit),xianuya hóa nito hóa rồi tôi để đạt độ cứng bề mặt cao(nito hóa dùng NH3,Xianuya hóa dùng 30 ÷ 40%K4F2(CN)6+10%Na2CO2 + than hoa,hoặc dùng NaCN)

Loại thép cacbon thấp tương đối dẻo,dễ thấm than nhưng sức bền không cao lắm.Thép cacbon thành phần cacbon trung bình như các loại thép 35,45…cũng thường dùng để chế tạo các loại chốt pitson của động cơ có tốc độ trung bình và thấp.Các động cơ đốt trong tốc độ cao thường dùng chốt piston làm bằng thép hợp kim thành phần cacbon thấp

Chốt piston làm bằng thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon trung bình sau khi tôi cao tần (tôi sâu 1 ÷ 1.5 mm) độ cứng bề mặt chốt có thể đạt tới RC=58

÷65;độ cứng phần ruột RC =26 ÷ 30

Chốt piston làm bằng thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon thấp sau khi thấm than với độ sâu 0.5 ÷ 2mm (tùy theo kích thướt của chốt )tôi đạt độ cứng bề mặt RC=56÷62,độ cứng phần ruột cũng đạt RC =26 ÷ 30

C,Kết cấu và kiểu lắp ghép chốt piston:

1,Kết cấu: Kết cấu của chốt piston rất đơn giản,đều là hình trụ rỗng để cho nhẹ.Các chốt chỉ khác nhau ở bề mặt bên trong của chốt ,thường có các dạng hình trụ (hình 1)(dễ chế tạo) các loại khác có độ côn như (hình 1) tuy có phức tạp hơn nhưng bù lại nhẹ hơn và có sức bền đồng đều hơn.Các chốt nay thường dùng trên động cơ cao tốc.Kích thước đường kính ngoài của chốt piston được thiết kế theo hệ trục để việc lắp ghép thêm thuận tiện và đảm bao khe hở làm việc giữa chốt piston với piston và giữa chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền

e d c b a

Hình 1

2,Lắp ghép chốt piston:

Lắp ghép chốt piston thường theo 3

kiểu sau:

a.Cố định chốt piston trên bệ chốt

piston: khi lắp ghép kiểu này chốt piston

được cố định trên bệ chốt bằng một hoặc

nhiều bulong.Ưu điểm của phương pháp:

-Do được cố định trên bệ chốt nên không có

sự chuyển động tương đối giữa chốt và bệ

chốt,vì vậy bệ chốt có thể làm ngắn

lại,không cần tổ chức bôi trơn cho bệ chốt,đồng thời đầu nhỏ thanh truyền có điều kiên làm dài hơn do đó làm giảm được tiếp xúc,dễ bôi trơn

Tuy vậy phương pháp này tồn tại khá nhiều khuyết điểm:

-Do bệ chốt làm ngắn đi,khoảng cách hai gối đỡ tăng lên nên độ võng của chốt cũng tăng lên

-Cố định chốt trên bệ chốt nên trên bệ chốt phải khoan lỗ ren,gây ứng suất tập trung và do chốt piston cũng phải khoan lỗ nên khi nhiệt luyện thường bị lỗi

-Chốt mài mòn không đều,vùng chịu lực của chốt không thay đổi nên dễ bị mỏi

-Dùng bulong cố định,trọng lượng bulong tăng lên và do bulong bắc lệch về một bên nên khi chuyển động khối lượng của bulong gây ra momen lắc piston,vì vậy để cân bằng nó thường phải làm chốt piston có chiều dày hai đầu chốt khác nhau.Phương

pháp này ngày nay không hay dùng nữa

Hình 2:Lắp cố định chốt piston trên bệ chốt piston

b.Cố định chốt piston

trên đầu nhỏ thanh

truyền.

Khi lắp ghép theo kiểu

này,chốt piston được bắt chặt

trên đầu nhỏ thanh truyền

bằng bulong.Sơ đồ lắp ghép

chốt piston theo kiểu này

được giới thiệu trên hình:

Ưu điểm:

Do cố định chốt trên đầu nhỏ thanh truyền nên có thể giảm chiều dài đầu nhỏ thanh truyền và không cần tổ chức bôi trơn cho đầu nhỏ.Đồng thời có thể tăng chiều dài bệ chốt để cải thiện việc bôi trơn chốt và giảm độ võng của chốt

Nhược điểm:

Mài mòn không đều và vùng chịu lực cũng không thay đổi nên chốt cũng dễ bị mỏi.Đối với loại piston làm bằng hợp kim nhẹ,phương pháp này yêu cầu phải để khe hở giữa bệ chốt với chốt tương đối lớn nên dễ gây hiện tượng gõ chốt khi máy nóng vì vậy bệ chốt piston thường dùng bạc lót.Ngày nay phương pháp lắp ghép này thường chỉ dùng đối với piston gang

c.Chốt piston lắp tự do:Lắp

ghép theo phướng pháp này,chốt

piston không cố định trên đầu

nhỏ thanh truyền mà cũng

không cố định trên bệ chốt

piston.Trong quá trình làm

việc,chốt piston có thể xoay tự

do quanh đường tâm của

chốt.Sơ đồ lắp ghép chốt theo

phương pháp này giới thiệu trên

hình bên.Phương pháp này được

dùng rất nhiều vì có nhiều ưu điểm lớn mà hai phương pháp trên không có:

Do chốt xoáy tự do quanh đường tâm của nó nên mòn rất đều và do xoay như vậy mà mặt chịu lực luôn luôn thay đổi khiến cho chốt ít bị mỏi

Nếu khi có chất bẩn(mạt kim loại,tạp chất cơ học…)chui vào và làm kẹt chốt với đầu nhỏ hay bệ chốt thì chốt vẫn có khả năng làm việc.Tuy vậy,khi dùng phương pháp lắp ghép này cần chú ỷ giải quyết tốt mấy vấn đề sau:

Khe hở giữa chốt với đầu nhỏ và bệ chốt cần phải thiết kế tốt để tránh va đập.Thông thường để tránh va đập khi máy nóng nhất là loại piston làm bằng hợp kim nhẹ người ta thường lắp có độ dôi đối với bệ chốt piston.Như thế khi máy nóng lên,bệ chốt piston giãn nở ,giữa chốt piston và lỗ trên bệ chốt sẽ có khe hở thích hợp và lúc này chốt mới xoay tự do được.Nếu trạng thái lắp ghép nguội đã có khe hở thì khi làm việc khe hở sẽ tăng lên quá lớn sinh ra gõ chốt piston ,Độ dôi giữa chốt và bệ chốt bằng hợp kim nhẹ thường vào khoảng 0.01 ÷ 0.020mm

Phải hạn chế không cho chốt di động theo hướng đường tâm chốt để tránh cào xướt mặt xilanh.Người ta thường dùng các biện pháp sau:

-Dùng nút bằng kim loại mềm (chì,ăngtimoan v.v.)nút hai đầu chốt ,đầu nút lồibán kính của chỏm cầu vào khoảng 0.45D (D:đường kính xilanh)

Đầu nút thường khoan lỗ xông hơi.Khe hở giữa đầu nút với xilanh vào khoảng 0.5 mm

Phương pháp này có nhượt điểm là phải gia công nhiều chi tiết và trọng lượng nhóm piston hơi lớn hơn xo với phương pháp dùng vòng hãm,dùng vòng khóa để hãm hai đầu chốt hoặc ở giữa chốt Vòng khóa thường làm bằng thép lò xo,có tiết diện tròn hoặc chữ nhật.Phương pháp lắp ghép này thường dùng vì đơn giản gọn nhẹ

Bôi trơn chốt piston.bô trơn chốt piston có thể dùng phương pháp cưỡng bứchoặc bôi trơn theo kiểu hứng dầu,dầu nhờn được dẫn từ đầu to thanh truyền đi dọc theo lỗ khoan trong thân thanh truyền đến đầu nhỏ thanh truyền.Cách bôi trơn này rất đảm bảo nhưng công nghệ gia công thành truyền phức tạp.Vì vậy thường tổ chức bôi trơn chốt piston bằng cách hứng dầu.Lúc này trên đầu nhỏ thanh truyền người ta khoan từ 1 lỗ đến 2 lỗ hứng dầu còn trên bệ chốt hoặc khoan lỗ hứng dầu hoặc khoan lỗ lấy dầu từ xecmang dầu đến bệ chốt

Thực nghiệm phương pháp bôi trơn này vẫn đảm bảo hiệu quả bôi trơn tốt mà công nghệ gia công lại đơn giản dễ làm

Ngoài ra lắp trong đầu nhỏ thanh truyền hoặc trên bệ chốt piston đều phải có rãnh chứa dầu bôi trơn để đảm bảo bôi trơn được tốt

d.Lỗ trên bệ chốt :cần chú ý vát mép trong để

tránh ứng suất tập trung khi chốt piston bị uốn.Ứng

suất tập trung tùy thuộc vào kết cấu của phần mép

trong lỗ bệ chốt(thông thường nếu vát mép trong của

lỗ bệ chốt đi một góc 45’ – 60’ trên chiều dài 3÷ 4mm

thì ứng suất tập trung giảm vào khoảng 30 ÷ 36 %

Chốt piston làm việc ở trạng thái chịu

uốn,cắt,va đập và biến dạng.trạng thái chịu

lực của chốt theo sơ đồ bên phải

1. Ứng suất uốn :

Ta coi chốt piston như 1 dầm tự do đặt trên 2 gối tựa,lực tác dụng có thể phân bố theo hình a,b,c.Thật ra khi chịu uốn,lực tác dụng phân bố gần giống hình b nhưng để đơn giản trong tính toán người ta có thể coi như lực phân bố theo hình a và c.

Lực tác dụng lên 2 gối tựa chốt piston:

d z

u

l l P

Do đó:

U

U u

l : khoảng cách giữa 2 gối đỡ (m)

ld : chiều dài đầu nhỏ thanh truyền (m)l1: chiều dài làm việc của hệ chốt (m)lcp : chiều dài chốt piston (m)

o Nếu coi

2

z

p

tác dụng ở điểm cách đầu mút chốt piston một khoảng

2/3,ừng suất chốt được xác định theo công thức:  

 4

3

112.1

5.12

z u

d

l l l p

5.0

z u

d

l l

Đối với những động cơ có công suất lớn,trọng lượng nhỏ thì ứng suất cắt được tính theo công thức: