TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu chung về công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt, có trụ sở tại Hà Nội, chuyên sản xuất, lắp ráp, sửa chữa và trung tu các loại xe ô tô và xe máy công trình lớn Được thành lập từ một doanh nghiệp nhà nước, công ty đã chuyển đổi thành công ty cổ phần vào năm 2008 và tiếp tục phát triển mạnh mẽ.
Năm 2010, công ty chính thức gia nhập Tổng Công ty công nghiệp ô tô Việt Nam, với trụ sở đặt tại Hà Đông, Hà Nội Nhiệm vụ chính của công ty là sản xuất ô tô, với công suất thiết kế đạt 120 xe mỗi năm.
1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt, được thành lập vào năm 1974 như một xưởng sửa chữa lưu động phục vụ quốc phòng, đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan trọng Sau năm 1976, xưởng được nâng cấp thành xí nghiệp cơ khí ô tô thống nhất với cơ sở vật chất khang trang hơn, đạt công suất sửa chữa 180 xe/năm Tuy nhiên, sau 10 năm hoạt động trong cơ chế bao cấp, đến năm 1986, công ty đã chuyển đổi thành Công ty cơ khí ô tô thống nhất, nhưng gặp nhiều khó khăn do lối tư duy cũ, cơ sở vật chất thiếu thốn, và nguồn nhân lực hạn chế, dẫn đến tình trạng sản xuất manh mún chỉ đủ nuôi sống một phần nhỏ cán bộ công nhân viên.
Sau năm năm tồn tại cầm chừng và thích ứng với cơ chế mới, năm 1989, công ty bắt đầu có những bước chuyển mình quan trọng Lực lượng cán bộ và công nhân kỹ thuật được nâng cao tay nghề, cùng với việc tăng cường trang thiết bị, đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng xe đến sửa chữa và bảo trì tại công ty Nhận thấy nhu cầu về xe khách trong nước tăng cao, lãnh đạo công ty đã nhanh chóng nắm bắt cơ hội và triển khai chiến lược sản xuất các loại xe phục vụ cho các tỉnh phía Bắc, từ đó cho ra đời các sản phẩm như xe HAECO 29, 30, 35 và 45.
Năm 2012, công ty đã sản xuất và tiêu thụ thành công 90 xe các loại, đạt doanh thu 35.928,586 tỷ đồng Sản phẩm của công ty được sản xuất trên dây chuyền hiện đại với công nghệ tiên tiến, đảm bảo chất lượng vượt trội và hình thức không thua kém xe nhập khẩu, trong khi giá cả lại cạnh tranh, nhận được đánh giá cao từ khách hàng.
Với hơn 30 năm kinh nghiệm, công ty đã khẳng định vị thế là địa chỉ tin cậy trong lĩnh vực sản xuất, lắp ráp và bảo dưỡng ô tô trên toàn quốc.
1.1.2 Đặc điểm của hoạt động sản xuất kinh doanh
1.1.2.1 Cơ cấu tổ chức sản xuất của công ty
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt chuyên sản xuất xe chở khách từ 7-45 chỗ ngồi và cung cấp máy móc phục vụ nông nghiệp Ngoài ra, công ty còn mạnh về sửa chữa, bảo dưỡng và trung tu ô tô, máy công trình Nguyên Việt cũng là đại lý lớn cung cấp thiết bị, phụ tùng cho các đơn vị lắp ráp và sửa chữa ô tô trên toàn quốc.
Để thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ, việc xây dựng một cơ cấu tổ chức sản xuất chuyên môn hóa là rất cần thiết Sơ đồ cơ cấu tổ chức sản xuất của công ty được thể hiện rõ trong hình 1.1.
Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức sản xuất của công ty
Cơ cấu tổ chức bộ máy sản xuất của công ty được chia thành 7 phân xưởng, đảm bảo tính liên tục và chuyên môn hóa cao trong dây chuyền công nghệ sản xuất.
* Phân xưởng đúc: tạo phôi chi tiết bằng gang, thép
* Phân xưởng rèn dập: cắt phôi, nén, dập, gò, hàn các loại chi tiết
* Phân xưởng cơ khí: gia công các loại hộp, trục, càng, bánh răng…
* Phân xưởng nhiệt mạ: mạ và nhiệt luyện các chi tiết
* Phân xưởng lắp ráp: lắp ráp và hoàn thiện sản phẩm
* Phân xưởng dụng cụ: sản xuất trang bị công nghệ, khuôn mẫu, dụng cụ cắt phục vụ sản xuất
* Phân xưởng sửa chữa: chuyên sản xuất, sửa chữa thiết bị, đại tu máy móc thiết bị
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt chuyên sản xuất xe khách HAECO với 29 và 45 chỗ ngồi, dựa trên khung gầm của các hãng ô tô nổi tiếng Trung Quốc và Hàn Quốc Ngoài ra, công ty còn cung cấp dịch vụ sửa chữa, bảo dưỡng và trung đại tu cho xe ô tô và máy công trình Nguyên Việt cũng sản xuất và sửa chữa cấu kiện thép, hàng dân dụng và phụ tùng cơ khí, phục vụ cho các công ty và nhà máy khác.
1.1.2.3 Đặc điểm về lao động
Công ty hiện có 54 cán bộ công nhân viên, trong đó 13% là nhân viên quản lý và 12 kỹ sư Đội ngũ công nhân dày dạn kinh nghiệm giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và khắc phục sự cố do thiết bị cũ gây ra Chúng tôi cam kết đáp ứng nhanh chóng các sản phẩm phù hợp với yêu cầu của khách hàng.
1.1.2.4 Đặc điểm về máy móc thiết bị
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt hiện đại hóa với máy móc và trang thiết bị tiên tiến, bao gồm hệ thống nhà xưởng khép kín và hệ thống kiểm định ôtô bằng vi tính từ ITALIA, kiểm tra phanh, độ trượt ngang, giảm xóc và máy phân tích động cơ Đặc biệt, công ty còn sở hữu hệ thống sơn sấy tự động của ICI - Vương quốc Anh cho xe du lịch và xe khách, cùng với các cầu nâng và cầu trục nhập khẩu từ Mỹ Dưới đây là hình ảnh minh họa về máy móc thiết bị của công ty.
Tổng quan về trục khuỷu trong động cơ
1.2.1 Nhiệm vụ và phân loại
Trục khuỷu là một thành phần quan trọng trong hệ thống trục khuỷu thanh truyền của động cơ, chịu cường độ làm việc lớn và có giá thành chế tạo cao, chiếm từ 25% đến 30% tổng giá thành động cơ Ngoài ra, khối lượng của trục khuỷu cũng chiếm từ 5% đến 8% tổng khối lượng của toàn bộ động cơ.
Trong động cơ, trục khuỷu có nhiệm vụ rất quan trọng là tiếp nhận lực truyền từ piston qua thanh truyền rồi biến chuyển động tịnh tiến của piston
7 thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất ra ngoài và dẫn động các cơ cấu khác của động cơ hoạt động
Xét về hình thức kết cấu, người ta thường chia trục khuỷu làm hai loại là trục khuỷu nguyên và trục khuỷu ghép
Trục khuỷu nguyên là một loại trục khuỷu được cấu tạo từ các bộ phận như cổ trục, khuỷu trục và đuôi trục, kết nối thành một khối liền mạch Loại trục khuỷu này thường được sử dụng trong các động cơ có kích thước nhỏ và trung bình.
Trục khuỷu ghép là loại trục khuỷu được chế tạo từ các bộ phận riêng biệt như cổ trục, chốt khuỷu và má khuỷu, sau đó được ghép lại với nhau Ngoài ra, có thể làm cổ trục riêng và ghép với khuỷu để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh.
Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất trong động cơ, chịu lực quán tính lớn từ chuyển động tịnh tiến và quay Những lực này không chỉ có trị số cao mà còn thay đổi theo chu kỳ, tạo ra tính chất va đập mạnh, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ bền của động cơ.
Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời tạo ra hiện tượng dao động dọc và xoắn Những dao động này làm cho động cơ rung động và dẫn đến tình trạng mất cân bằng.
Các lực tác động lên cổ chính và cổ biên gây hao mòn đáng kể, ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ, chủ yếu phụ thuộc vào trục khuỷu Để đảm bảo tuổi thọ trục khuỷu, cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như sức bền cao, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhẹ, ít mòn, độ chính xác gia công cao và bề mặt làm việc có độ cứng tốt Đồng thời, cần tránh hiện tượng cộng hưởng trong dải tốc độ của động cơ, đảm bảo cấu trúc cân bằng, đồng đều và dễ chế tạo.
1.2.3 Vật liệu và phương pháp chế tạo trục khuỷu
Hiện nay, trục khuỷu thường được chế tạo từ thép cácbon trung bình, với thép hợp kim măng gan như thép 45R và thép hợp kim niken-crom như thép 40X, 18XHBA được sử dụng cho động cơ tốc độ cao hoặc phụ tải lớn Các loại thép như 40XH và 20XMA thường được áp dụng cho trục khuỷu của động cơ tàu thủy và động cơ tĩnh tại tốc độ cao Đối với trục khuỷu của động cơ ô tô máy kéo, các loại thép 40, 45, 50R và 40X thường được lựa chọn Ngoài thép, gang grafit cầu có tổ chức kim tương peclit cũng được sử dụng để đúc trục khuỷu.
1.2.3.2 Phương pháp chế tạo Để chế tạo trục khuỷu người ta thường dùng hai phương pháp là rèn tự do hoặc rèn khuôn và đúc
Phương pháp rèn tự do và rèn khuôn thường sử dụng thép cacbon và thép hợp kim, chủ yếu áp dụng cho sản xuất hàng loạt trục khuỷu nhỏ Trước khi gia công, phôi rèn khuôn cần được ủ và thường hóa để loại bỏ nội lực Để đảm bảo tính năng cơ học, trục khuỷu phải được tôi và ram trước khi mài Đối với trục khuỷu lớn, phương pháp rèn tự do thường được lựa chọn, mặc dù nó có nhược điểm là lượng dư gia công lớn và quá trình cắt gọt có thể làm đứt thớ kim loại, ảnh hưởng đến sức bền của sản phẩm.
Phương pháp đúc trục khuỷu thường sử dụng vật liệu như thép các bon, thép hợp kim và gang grafit cầu, phù hợp cho sản xuất hàng loạt nhờ vào trọng lượng phôi và lượng dư gia công nhỏ Phương pháp này cho phép đúc những kết cấu phức tạp của trục khuỷu, giúp phân bố kim loại bên trong theo ý muốn để đạt được sức bền tối ưu.
1.2.4 Kết cấu của trục khuỷu
1.2.4.1 Đầu trục khuỷu Đầu trục khuỷu dùng để lắp bánh răng dẫn động trục cam, bơm nhớt, bơm cao áp, cơ cấu phân phối khí, lắp puly dẫn động quạt gió hoạt bơm nước, puly kéo máy phát điện, đai ốc khởi động để khởi động động cơ bằng tay quay Các bánh răng chủ động hay bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốc hãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu
Trong một số động cơ, ngoài các bộ phận thường gặp, còn có bộ giảm dao động xoắn được lắp đặt ở đầu trục khuỷu Bộ dao động xoắn này có chức năng thu năng lượng sinh ra từ momen kích thích trên trục khuỷu, giúp dập tắt các dao động gây ra bởi momen Thông thường, bộ dao động xoắn được gắn ở đầu trục khuỷu, nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất Hình ảnh cấu trúc đầu trục khuỷu được thể hiện trong hình 1.4.
Hình 1.4 Kết cấu đầu trục khuỷu 1.2.4.2 Cổ trục khuỷu
Cổ trục khuỷu thường có kích thước đường kính đồng nhất và nằm trên một đường tâm Đường kính này được xác định dựa trên tính toán sức bền, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định về thời gian sử dụng và số lần sửa chữa lớn của động cơ.
Trong một số loại động cơ, đường kính cổ trục tăng dần từ đầu đến đuôi để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực đồng đều Tuy nhiên, sự khác biệt về đường kính cổ trục có thể gây ra nhiều khó khăn trong quá trình vận hành.
10 khăn cho việc sửa chữa cũng như lắp ráp và gia công nên ngày nay người ta không dùng
Khi kích thước cổ trục tăng, ổ trục cũng sẽ lớn hơn, dẫn đến trọng lượng trục khuỷu tăng, ảnh hưởng đến tần số dao động xoắn của hệ trục Điều này có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm trong phạm vi tốc độ sử dụng Hình ảnh minh họa cho cổ trục khuỷu được thể hiện trong hình 1.5.
Kích thước cổ trục khuỷu được xác định theo các công thức sau: Đối với động cơ xăng
Dct = (0,65 ÷ 0,68)D (1.1) lct = (0,5 ÷ 0,6)Dct (1.2) Đối với động cơ điezen
D ct = (0,70 ÷ 0,85)D (1.3) lct = (0,5 ÷ 0,6)Dct (1.4) Trong đó:
Dct: đường kính cổ trục l ct : chiều dài cổ trục
1.2.4.3 Chốt khuỷu (cổ biên) Đường kính chốt khuỷu của động cơ có thể lấy bằng hoặc nhỏ hơn so với đường kính cổ trục Trong những động cơ cao tốc, do phụ tải của lực quán tính lớn nên muốn tăng khả năng làm việc của bạc lót và chốt khuỷu, người ta
Mục tiêu nghiên cứu
Khóa luận này nhằm nghiên cứu và thiết kế quy trình công nghệ chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6, đáp ứng yêu cầu làm việc của động cơ và khả năng sản xuất tại công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt Mục tiêu là phục vụ cho việc sửa chữa và thay thế động cơ trong nước, đồng thời góp phần thúc đẩy sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của khóa luận là trục khuỷu động cơ 3D6.
Nội dung nghiên cứu
Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Lựa chọn phương án thiết kế trục khuỷu động cơ 3D6
Tính toán thiết kế kỹ thuật trục khuỷu động cơ 3D6
Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong thiết kế quy trình công nghệ chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6 bao gồm việc áp dụng kiến thức từ các môn khoa học cơ sở như nguyên lý, chi tiết máy, cơ học lý thuyết, sức bền vật liệu, vật liệu kỹ thuật, cùng với các môn chuyên ngành ôtô máy kéo Điều này giúp đảm bảo quy trình thiết kế và xây dựng phù hợp với yêu cầu làm việc và điều kiện sản xuất thực tế.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ 3D6
Giới thiệu chung về động cơ 3D6
Động cơ 3D6 là loại động cơ đƣợc sử dụng phổ biến trong các xe ô tô đời mới, đặc biệt cho xe có tải trọng lớn Đây là động cơ diesel 4 kỳ, 6 xy lanh, làm mát bằng nước theo kiểu tuần hoàn cưỡng bức, không sử dụng quạt gió mà tận dụng khí xả để làm mát Được sản xuất bởi Liên Xô, động cơ 3D6 có cấu trúc 6 xi lanh bố trí hình chữ I, không tăng áp, với buồng cháy thống nhất và hệ thống bôi trơn bằng tuần hoàn cưỡng bức kết hợp vung té.
Các thông số đặc tính kỹ thuật của động cơ:
* Thể tích công tác của xy lanh: Vh = 3,179 [dm 3 ]
* Công suất định mức: N e 0,325 [Kw]
* Tốc độ trục khuỷu: n = 1500 [v/ph]
* Suất tiêu hao nhiên liệu: g e = 211,047 [g/KWh]
* Thứ tự làm việc cuả xilanh 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4
Các thông số kỹ thuật của cơ cấu biên tay quay:
* Chiều dài thanh truyền: l tt = 320 (mm)
* Khối lƣợng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)
* Khối lƣợng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)
* Đường kính ngoài chốt khuỷu: dck = 81 (mm)
* Đường kính trong chốt khuỷu: δ ck = 42 (mm)
* Chiều dài chốt khuỷu (cổ biên): l ck = 46 (mm)
* Chiều dài cổ trục chính: l ct = 30 (mm)
* Khối lƣợng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu: ρ = 7800 (kg/m 3 )
* Tổng chiều dài cơ sở của trục khuỷu: l = 823 (mm)
* Đường kính cổ trục chính: D ct = 103 (mm)
* Lỗ khoan dẫn dầu từ cổ trục chính đến cổ trục biên: 6 (mm)
* Chiều dày má khuỷu: b = 22 (mm)
* Chiều rộng má khuỷu: h = 186 (mm)
* Đường kính lỗ khoan dẫn dầu trên cổ biên: d = 6(mm)
* Lực khí thể lớn nhất: P zmax = 9,68 (MN/m 2 )
Trục khuỷu động cơ 3D6 được thiết kế rỗng bên trong để giảm trọng lượng, đồng thời chứa dầu bôi trơn và giữ lại các hạt mài mòn sinh ra trong quá trình hoạt động của động cơ Khi động cơ hoạt động, các hạt mài mòn sẽ được lắng đọng vào bên trong trục khuỷu nhờ lực quán tính ly tâm, giúp bảo vệ hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
Cổ trục chính và cổ trục biên được thiết kế rỗng để chứa dầu bôi trơn cho bạc lót đầu to thanh truyền và bạc lót gối đỡ trục khuỷu, và hai đầu của chúng được bao kín bằng nắp cổ khuỷu Chúng được kết nối với nhau bằng bu lông.
Động cơ 3D6 là động cơ 4 kỳ với 6 xi lanh thẳng hàng, trong đó các xi lanh 1 và 6, 2 và 5, 3 và 4 hoạt động song hành theo từng cặp Các xi lanh được bố trí lệch nhau một góc 120 độ Để đảm bảo bôi trơn cho bạc lót thanh truyền và cổ trục chính, các cổ trục chính và cổ trục biên được khoan lỗ dẫn dầu, với lỗ khoan phù hợp tùy thuộc vào vị trí của cổ trục Lỗ khoan này cần phải trùng khớp với lỗ khoan ở bạc lót cổ trục và bạc lót thanh truyền.
Má khuỷu của động cơ ở đây là dạng má tròn, trên đó có khoan các lỗ để cân bằng động cho trục khuỷu
Trên đuôi trục khuỷu, các lỗ lấy dầu sạch được khoan tùy thuộc vào vị trí, với sự bố trí khác nhau cho từng loại Đầu trục khuỷu được phay then hoa để lắp bánh răng dẫn động cho các hệ thống như bơm dầu bôi trơn, máy khởi động và bơm nước trong hệ thống làm mát.
Trục khuỷu được thiết kế rỗng, vì vậy đầu trục khuỷu được chế tạo riêng biệt thay vì đúc liền Để kết nối đầu trục khuỷu với trục khuỷu, người ta sử dụng các chốt hãm nhằm đảm bảo sự liên kết chắc chắn.
Trên đuôi trục có các lỗ khoan dẫn dầu sạch để bôi trơn cổ trục và bánh răng, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Phần đuôi được thiết kế rỗng để lắp ổ kim cho trục chủ động của ly hợp Ngoài ra, các lỗ dẫn dầu sạch trên đuôi trục cũng có nhiệm vụ bôi trơn cho gối đỡ trục khuỷu, đảm bảo sự vận hành trơn tru và hiệu quả.
Hình 2.2 Kết cấu trục khuỷu nguyên
1-Đai ốc khới động; 2-Bánh răng; 3-Đối trọng; 4-Đường dầu;
5,8-Cổ trục khuỷu; 6-Má khuỷu; 7-Chốt khuỷu; 9-Bạc lót
Lựa chọn loại trục khuỷu
2.2.1 Kết cấu trục khuỷu loại nguyên và ƣu nhƣợc điểm
2.2.1.2 Ƣu nhƣợc điểm Đối với trục khuỷu loại nguyên, thường dễ chế tạo và được dùng cho các động cơ cỡ lớn Nhưng khi tăng kích thước cổ trục, kích thước của ổ bi trục sẽ tăng theo đồng thời trọng lượng trục khuỷu lớn nên ảnh hưởng đến tần số đao động xoắn của hệ trục, có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng
2.2.2 Kết cấu trục khuỷu loại ghép và ƣu nhƣợc điểm
Hình 2.3 Kết cấu trục khuỷu ghép
1, 4-Cổ trục khuỷu; 2-Má khuỷu; 3,6-Đường dầu bôi trơn chính; 5-Đai ốc ghép má khuỷu và chốt khuỷu; 7-ổ bi
Trục khuỷu ghép được chế tạo từ các bộ phận riêng biệt như cổ trục, má khuỷu và chốt khuỷu, sau đó được ghép lại bằng mặt bích hoặc kết hợp với cổ trục Loại trục này thường được sử dụng trong động cơ lớn như tàu thủy và động cơ tĩnh, nhưng cũng có thể áp dụng cho động cơ nhỏ như xe mô tô và động cơ xăng cỡ nhỏ Để giảm thiểu dao động, chiều dài của trục cần được rút ngắn.
2.2.3 Các tiêu chí lựa chọn
Hình dạng kết cấu của trục khuỷu được xác định bởi số lượng và cách bố trí của các xi lanh, số kỳ của động cơ, cũng như thứ tự làm việc của chúng Do đó, thiết kế trục khuỷu cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
* Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của mô men xoắn tương đối nhỏ
* Động cơ làm việc cân bằng, ít rung động
* Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ
* Công nghệ chế tạo đơn giản nên giá thành rẻ
Kích thước trục khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai đường tâm xi lanh, bao gồm đường kính xi lanh, chiều dày lót xi lanh và phương pháp làm mát động cơ.
Khi chọn trục khuỷu, cần lưu ý đến kích thước nhỏ gọn, độ bền và sức bền của trục Đồng thời, cần xem xét điều kiện làm việc của các ổ trục để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất tối ưu cho hệ thống.
Kết luận
Căn cứ vào những ưu nhược điểm và các tiêu chí trên ta chọn phương án thiết kế trục khuỷu loại nguyên
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ
Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục khuỷu khi làm việc
Trục khuỷu có độ cứng tuyệt đối
Không xét đến biến dạng thân máy
Không tính đến liên kết khi chịu các lực (xét từng khuỷu theo kiểu phân đoạn)
Tính toán theo sức bền tĩnh
Khi xét đến sức bền động sử dụng các hệ số an toàn, trên cơ sở hệ lực độc lập trên các khuỷu, trừ mô men
3.1.2 Sơ đồ phân tích lực
Trục khuỷu là chi tiết chịu cường độ làm việc nặng, bị tác động bởi lực khí thể và lực quán tính, gây ra ứng suất uốn và xoắn trục Những lực này cũng gây ra dao động dọc và xoắn, dẫn đến rung động và mất cân bằng của động cơ Do đó, khi tính toán độ bền cho trục khuỷu, cần xem xét các lực tác động trong quá trình động cơ hoạt động.
Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuỷu khi làm việc
T và Z lần lƣợt là lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu
Pr1: Lực quán tính ly tâm của má khuỷu
C1: Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu
C2: Lực quán tính ly tâm của m2
P r2 : Lực quán tính ly tâm của đối trọng
T’, T’’, Z’, Z’’: là các phản lực do T và Z sinh ra khi tác dụng lên trục khi đang làm việc
M’k, M’’k: Momen xoắn tác dụng lên cổ trục bên trái và bên phải.
Xác định các kích thước hình học trục khuỷu
Dựa theo các thông số có sẵn của động cơ và theo phương pháp thiết kế chép hình, kiểm tra bền ta có:
* Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm)
* Khối lƣợng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)
* Khối lƣợng nhóm piston: m pt = 2,37 (kg)
* Đường kính ngoài chốt khuỷu: d ck = 81 (mm)
* Đường kính trong chốt khuỷu: δck = 42 (mm)
* Chiều dài chốt khuỷu (cổ biên): lck = 46 (mm)
* Chiều dài cổ trục chính: lct = 30 (mm)
* Khối lƣợng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu: ρ = 7800 (kg/m 3 )
* Tổng chiều dài cơ sở của trục khuỷu: l = 823 (mm)
* Đường kính cổ trục chính: Dct = 103 (mm)
* Lỗ khoan dẫn dầu từ cổ trục chính đến cổ trục biên: 6 (mm)
* Chiều dày má khuỷu: b = 22 (mm)
* Chiều rộng má khuỷu: h = 186 (mm)
* Lực khí thể lớn nhất: Pzmax = 9,68 (MN/m 2 )
Tính bền cho các trường hợp đặc biệt
Tính sức bền của trục khuỷu là quá trình kiểm tra sự lựa chọn kích thước hợp lý cho trục khuỷu, vốn là một dầm siêu tĩnh chịu tải trọng phức tạp Do đó, việc tính toán ứng suất thực tế gặp nhiều khó khăn Hiện nay, phương pháp phân đoạn thường được áp dụng để đơn giản hóa việc tính bền cho trục khuỷu.
Khi tính toán trục khuỷu, ta chia nó thành nhiều đoạn tương ứng với mỗi khuỷu, với chiều dài đoạn bằng khoảng cách giữa hai tâm điểm của ổ trục, coi mỗi đoạn như một dầm tĩnh định trên hai gối tựa Để tính toán bền cho trục khuỷu, giả thiết rằng trục có độ cứng vững tuyệt đối và thường tập trung vào khuỷu chịu tải trọng lớn nhất Ứng suất lớn nhất trong trục khuỷu có thể xảy ra trong bốn trường hợp chịu tải trọng khác nhau.
Trường hợp khởi động, khi chịu lực Pzmax
Trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Zmax
Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất T max
Trường hợp chịu momen xoắn lớn nhất
3.3.1.1 Sơ đồ phân tích lực
Sơ đồ tính toán bền cho trục khuỷu động cơ trong trường hợp khởi động đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.2
Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuỷu khi khởi động động cơ l 0 l' b' a a’ b’'
3.3.1.2 Các phản lực tác dụng
Trong quá trình tính toán, giả định rằng trục khuỷu ở vị trí chết trên (α = 0) và loại bỏ lực quán tính do tốc độ quay khi khởi động là nhỏ Đồng thời, lực tác dụng lên trục khuỷu được xem là lớn nhất với giá trị P zmax.
Do đó lực tác dụng lên khuỷu sẽ là:
Z 0 = Z = P zmax F p = P zmax (3.1) hay số vào (3.1) ta đƣợc:
Các phản lực đƣợc xác định theo công thức sau:
Z’ = Z = Z (3.2) Thay số vào (3.2) ta đƣợc:
Z” Z = Z - Z’ (3.3) Thay số vào (3.3) ta có:
3.3.1.3 Tính toán kiểm tra bền
Tính sức bền chốt khuỷu
Ta có điều kiện bền: [σu] = 80 ÷ 240 (MN/m 2 )
Mômen uốn chốt khuỷu (đối với tiết diện giữa các chốt):
Thay số vào (3.4) ta đƣợc
Mu = 0,074 60 10 -3 = 4,44 10 -3 (MN.m) Ứng suất uốn chốt khuỷu: σu = (3.5)
Thay số vào (3.5) ta đƣợc: σu =
Wu: môđun chống uốn của tiết diện ngang chốt khuỷu Đối với chốt rỗng theo kinh nghiệm thực tế:
(3.6) Với dck, δck là đường kính ngoài và đường kính trong của chốt khuỷu (cổ trục biên) tính theo mét
Thay số vào (3.6) ta đƣợc:
Kết luận: Với σu = 91,91 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có chốt khuỷu thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Tính sức bền má khuỷu
Ta có điều kiện bền: [σ]Σ = 180 ÷ 380 (MN/m 2 )
Lực pháp tuyến Z gây ra ứng suất uốn và nén tại tiết diện A-A của má khuỷu (Hình 3.2):
26 Ứng suất uốn má khuỷu: σu = (3.8) Thay số vào (3.8) ta đƣợc: σu =
= 128,23 (MN/m 2 ) Ứng suất nén má khuỷu: σn = (3.9)
Thay số vào (3.9) ta đƣợc: σn =
= 18,08 (MN/m 2 ) Ứng suất tổng cộng : σ∑ σu + σn (3.10)
Thay số vào (3.10) ta đƣợc: σ∑ = 128,23 + 18,08 = 146,31 (MN/m 2 ) Kết luận: Với σΣ = 146,31 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có má khuỷu thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Tính sức bền cổ trục khuỷu Ứng suất uốn cổ trục khuỷu: σu = (3.11)
Thay số vào (3.11) ta đƣợc: σu =
Trong thực tế, momen tác dụng trên cổ trục thường nhỏ hơn nhiều so với momen uốn chốt khuỷu, do đó không cần thiết phải tính toán sức bền của cổ trục.
3.3.2 Trường hợp chịu lực Z max
3.3.2.1 Sơ đồ phân tích lực
Sơ đồ tính toán sức bền của khuỷu trục trong trường hợp này được thể hiện trên hình 3.3
Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuỷu khi chịu lực Z max
Lực tác dụng Zmax (khi xét đến ảnh hưởng của lực quán tính) được xác định theo công thức sau:
Zmax = Pzmax – MRω 2 (1+λ) (3.12) Trong đó:
M: Khối lƣợng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
C 1 : Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu
C2: Lực quán tính ly tâm của khối lƣợng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu
Z0: Tổng hợp lực tác dụng lên trục khuỷu theo phương thẳng đứng
Zo = Zmax – (C1 + C2) (3.15) Thay C1, C2 vào (3.15) ta đƣợc:
M = mpt + m1 = 2,37 + 1,57 = 3,94 (kg) λ 0 28 mck: Khối lƣợng của chốt khuỷu (cổ biên) mck = ( ) (3.17)
Thay số vào (3.17) ta đƣợc: mck = ( )
7800 = 1,35 (kg) m2: Khối lƣợng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt m2 = (mtt – m1) = 5,62 – 1,57 = 4,05 (kg)
Trong đó: m1: Khối lƣợng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pit tông m1 = (0.28 ÷ 0.29)mtt = 0,28 5,62 = 1,57 (kg) Thay số vào (3.16) ta đƣợc:
Ngoài lực Zo ra, trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của má khuỷu
Lực quán tính ly tâm của đối trọng P r2 và lực P r1 tương tác với nhau, trong khi lực tiếp tuyến T bằng 0 do α = 0 Vì vậy, phản lực tác dụng trên các gối trục được xác định theo các công thức liên quan.
Pr1- lực quán tính ly tâm của má khuỷu quy về tâm chốt
= 2,74 80 10 -3 157 2 10 -6 = 5,4 10 -3 (MN) mmk- Khối lƣợng má khuỷu quy đổi về cổ biên: mmk = Mmk = Mmk = Mmk = 5,49 = 2,74 (kg)
Trong đó: r k - Bán kính trọng tâm má khuỷu
R - Bán kính quay của khuỷu
Mm - Khối lƣợng của má khuỷu
Gm – Trọng lƣợng má khuỷu
Gm a b h γ 172 22 186 78.10 -6 = 54,89 (N) Với: a- chiều cao má khuỷu a = R + + = 80 + + = 172 (mm) b- chiều dày má khuỷu, b = 22 (mm) h- chiều cao má khuỷu, h = 186 (mm) γ- trọng lƣợng riêng của thép, γ 78 (N/dm 3 )
Pr2- lực quán tính ly tâm của má khuỷu quy về tâm chốt
Trong đó: m đt - khối lƣợng của đối trọng mđt = mmk + = 2,74 + = 3,42 (kg) Thay số vào (3.18) ta đƣợc:
Z’’ ( ) ( ) (3.21) Thay số vào (3.21) ta đƣợc:
= 4,83 (MN/m 2 ) Nếu khuỷu trục hoàn toàn đối xứng ta có:
Thay số vào (3.22) ta đƣợc:
Khi tính toán sức bền của khuỷu trục động cơ nhiều xilanh, cần xem xét không chỉ lực Zmax mà còn cả momen xoắn từ các khuỷu phía trước Do đó, khuỷu chịu lực và momen lớn nhất sẽ là khuỷu có nguy cơ cao nhất.
3.2.2.3 Xác định khuỷu nguy hiểm
Khuỷu nguy hiểm là khuỷu vừa chịu lực Zmax và (∑Ti-1)max, ta dựa vào đồ thị T = f(α) để xác định
Động cơ 3D6 là loại động cơ 4 kỳ với 6 xi lanh, có góc lệch công tác δ ct = 120 độ và thứ tự làm việc của các xi lanh là 1-5-3-6-2-4 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa lực tiếp tuyến T và góc α cho một xi lanh được trình bày trong biểu đồ kèm theo.
Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn quan hệ của lực tiếp tuyến T biến thiên theo góc quay α của trục khuỷu
Căn cứ vào đồ thị ta có thể xác định trị số của T ở các góc quay α tương ứng với bảng sau
Bảng 3.1 Giá trị T ở các góc quay α tương ứng α 0 120 240 360 480 600
Để xác định trị số ΣT i-1 tác động lên các khuỷu của động cơ khi chịu lực Z max, chúng ta có thể áp dụng phương pháp lập bảng.
Bảng 3.2 Bảng xác định trị số ΣT i-1 tác dụng lên các khuỷu của động cơ
Từ bảng trên ta thấy khuỷu thứ 2 chịu lực (∑Ti-1)max = 0,92 Do đó ta cần tính kiểm tra bền cho khuỷu này
3.2.2.4 Tính toán kiểm tra bền
Tính sức bền chốt khuỷu
Ta có điều kiện bền: [σ]Σ = 5 ÷ 35 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn chốt khuỷu σu = =
Thay số vào (3.23) ta đƣợc: σu = +
Trong đó c = c’ = c” (coi khuỷu hoàn toàn đối xứng) Ứng suất xoắn chốt khuỷu: τk = = ∑ (3.24)
Thay số vào (3.24) ta đƣợc: τk =
) = 0,76 (MN/m 2 ) Trong đó Wk :môđun chống xoắn của chốt khuỷu Wk = 2.Wu Ứng suất tổng cộng tác dụng lên chốt khuỷu: σ∑ = √ + = √ + = 6,18 (MN/m 2 )
Kết luận: Với σΣ = 6,18 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có chốt khuỷu thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Tính sức bền cổ trục khuỷu
Điều kiện bền cho cổ trục khuỷu được xác định bởi công thức: [ζ]Σ = 180 ÷ 420 (MN/m²) Để tính sức bền của cổ trục khuỷu, cần xem xét tiết diện tại vị trí chuyển tiếp giữa cổ trục và má khuỷu, nơi có tiết diện nguy hiểm nhất Ứng suất uốn tại cổ trục được tính bằng công thức: ζu =
Thay số vào (3.25) ta đƣợc: ζu= = 2,84 (MN/m 2 ) Ứng suất xoắn cổ trục: ηk = = ∑
Thay số vào (3.26) ta đƣợc: ηk =
= 198,44 (MN/m 2 ) Ứng suất tổng tác dụng lên cổ trục: ζ ∑ = √ + (3.27)
Khi thay số vào công thức, ta tính được ζΣ = 396,89 (MN/m²) Kết quả này cho thấy cổ trục khuỷu được thiết kế đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo điều kiện bền.
Tính sức bền của má khuỷu
Ta có điều kiện bền: [ζ]Σ = 180 ÷ 350 (MN/m 2 ) Trong quá trình làm việc, má khuỷu chịu nén và chịu uốn theo trục x-x và y-y Ứng suất nén má khuỷu: ζn =
Thay số vào (3.28) ta đƣợc: ζn = –
= 147,87 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục y –y) ζu y
= ∑ (3.29) Thay số vào (3.29) ta đƣợc: ζ u y =
= 132,16 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục x – x) ζ u x = ( ) (3.30) Thay số vào (3.30) ta đƣợc: ζu x = ( )
34 Ứng suất tổng khi má khuỷu chịu nén và chịu uốn ζ ∑ = ζ n + ζ u y + ζ u x (3.31) Thay số vào (3.31) ta đƣợc: ζ∑ = 147,87 + 1322,16 + 15,75 = 295,78 (MN/m 2 )
Kết luận: Với ζΣ = 295,78 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có má trục khuỷu đƣợc thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
3.3.3 Trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất T max
Tại vị trí tính toán α = αTmax, lực pháp tuyến Z tác động lên khuỷu trục được xác định qua đồ thị Z f(α) Do đó, lực tác dụng trên trục khuỷu bao gồm lực pháp tuyến Z, lực tiếp tuyến T max, cùng với các lực ly tâm và momen tích lũy.
Để xác định khuỷu nguy hiểm cho trục động cơ nhiều xilanh, cần lập bảng tính tương tự như trong trường hợp lực Zmax Điều này bao gồm việc tìm khuỷu chịu lực tiếp tuyến Tmax và đồng thời chịu momen (ΣTi).
Với động cơ 3D6 có 4 kỳ, 6 xi lanh nói trên, căn cứ vào đồ thị T = f(α) ta xác định đƣợc αTmax = 27 0
3.3.3.2 Xác định khuỷu nguy hiểm
Khuỷu nguy hiểm là khuỷu chịu lực tối đa T max và tổng lực T trước đó (∑T i-1 )max Dựa vào đồ thị T = f(α), chúng ta có thể xác định giá trị của lực tiếp tuyến T tại các góc α cần tính toán.
Bảng 3.3 Trị số lực tiếp tuyến T ở các góc α α 27 147 267 387 507 627
Căn cứ vào bảng trên ta có:
Khuỷu thứ 2 là khuỷu nguy hiểm nhất do đó phải tính sức bền cho khuỷu này Ti-1 = 1,81
Ta lập bảng để tính P1, T, N, Z theo các giá trị :
Lực P1 phụ thuộc vào góc α đƣợc xác định trên đồ thị hình 3.5
Lực tác dụng lên chốt khuỷu:
Dựa vào đồ thị P1 – α ta lập đƣợc bảng sau:
Bảng 3.4 Bảng giá trị P 1 , T, N, Z theo
(õọỹ) P1/P Sin(+)/cos T/p cos(+)/cos Z/p tag N/N
Trên đồ thị T = f(α), ta xác định đƣợc α = αTmax = 380 0 , và từ bảng 3.4 ta có:
Thay số vào (3.32) ta đƣợc:
0,42 = 43,27 (MN) Ở vị trí này ta xác định đƣợc lực pháp tuyến Z tác dụng lên trục khuỷu bằng đồ thị Z = f (α)
Thay số vào (3.33) ta đƣợc:
Thay số vào (3.34) ta đƣợc:
Thay số vào (3.35) ta đƣợc:
3.3.3.3 Tính toán kiểm tra bền
Tính sức bền chốt khuỷu
Ta có điều kiện bền: [ζ]Σ = 180 ÷ 250 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục (uốn quanh trục x-x)
(3.32) Thay số vào (3.32) ta đƣợc:
) = 9,2 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục (ứng suất uốn quanh trục y-y):
Thay số vào (3.33) ta đƣợc:
) 32,87 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn tổng cộng tác dụng lên chốt: ζu = √( ) + ( ) = √ + = 34,13
(MN/m 2 ) Ứng suất xoắn chốt khuỷu: ηk
Thay số vào (3.34) ta đƣợc: ηk = ( )
) 10 -3 = 149 (MN/m 2 ) Ứng suất tổng khi chịu uốn và xoắn tác dụng lên chốt khuỷu: ζ ∑ = √ + = √ + = 299,94 (MN/m 2 )
Kết luận: Với ζ Σ = 299,94 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có chốt trục khuỷu đƣợc thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Xác định khuỷu chịu (ΣT i-1 ) max
Bảng3.5 Bảng xác định khuỷu chịu (ΣT i-1 ) max α
Tính sức bền cổ trục khuỷu
Điều kiện bền được xác định với giá trị [ζ] Σ = 180 ÷ 350 (MN/m²) Trong quá trình tính toán, cổ trục bên phải được phân tích sức bền vì nó chịu tải nặng hơn so với cổ trục bên trái Ứng suất uốn tác động lên cổ khuỷu là do lực tiếp tuyến T’’ gây ra.
(3.35) Thay số vào (3.35) ta đƣợc:
= 10,156 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn tác dụng lên cổ khuỷu do lực pháp tuyến z’’ gây ra:
(3.36) Thay số vào (3.36) ta đƣợc:
10 -3 = 284,54 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn tổng tác dụng lên cổ: ζu = √( ) + ( ) = √ + = 284,72
(MN/m 2 ) Ứng suất xoắn cổ khuỷu: η k
(3.37) Thay số vào (3.37) ta đƣợc: ηk = ( )
10 -6 = 101 (MN/m 2 ) Ứng suất tổng khi chịu uốn và chịu xoắn tác dụng lên cổ khuỷu: ζ∑ = √ + = √ + = 349,12 (MN/m 2 )
Kết luận: Với ζ Σ = 299,94 (MN/m 2 ) kết hợp với điều kiện bền ta có cổ trục khuỷu đƣợc thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Tính sức bền má khuỷu
Ta có điều kiện bền: [ζ]Σ = 180 ÷ 450 (MN/m 2 )
Má khuỷu bên phải chịu lực lớn hơn nên tính toán cho má này Ứng suất uốn do lực pháp tuyến Z’’ gây ra:
40 ζuz = (3.38) Thay số vào (3.38) ta đƣợc: ζuz
10 -3 = 15,7 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn do lực quán tính ly tâm Pr2 gây ra: ζ ur = ( ) (3.39) Thay số vào (3.39) ta đƣợc: ζur =
( ) = 6,48 (MN/m 2 ) Ứng suất uốn do lực tiếp tuyến T’’ gây ra: ζuT = (3.40) Thay số vào (3.40) ta đƣợc: ζuT = 68,47 (MN/m 2 )
Trong đó: r- là khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của má khuỷu (tiết diện I-I và II – II)
H ình 3.6 K hoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của m á khuỷu r = R - = 90 – = 47,5 (mm)
41 Ứng suất uốn do mô men xoắn M ’’ k gây ra: ζuM = =
(3.41) Thay số vào (3.41) ta đƣợc: ζuM
= 30,70 (MN/m 2 ) Ứng suất xoắn má khuỷu do lực tiếp tuyến T ’’ gây ra: ηK
(3.42) Trong đó: – mô đun chống xoắn của má khuỷu (m 3 )
Do tiết diện xoắn má khuỷu có dạng hình chữ nhật nên khi chịu xoắn, ứng suất xoắn của các điểm trên tiết diện hình chữ nhật khác nhau:
Hệ số ứng suất g1 và g2 có mối quan hệ chặt chẽ với tổng số kích thước h/b, như thể hiện trong hình 3.7 Tại các điểm 1, 2, 3, 4, giá trị ηk bằng 0, trong khi tại các điểm I và II, ηK đạt giá trị tối đa ηKmax Ngược lại, tại các điểm III và IV, ηK đạt giá trị tối thiểu ηKmin.
Với g1, g2 là hệ số ứng suất phụ thuộc vào tỷ số ; =
Thay số vào (3.42) ta đƣợc: η Kmax =
= 32,87 (MN/m 2 ) ηKmin = = 0,75 32,87 = 24,65 (MN/m 2 ) Ứng suất nén của má khuỷu: ζ n (3.43)
Thay số vào (3.43) ta đƣợc: ζ n = –
XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ 3D6
Kiểm tra tính công nghệ trong kết cấu trục khuỷu
Trục khuỷu động cơ 3D6 có dạng lệch tâm, là loại chi tiết quan trọng, chúng có bề mặt cơ bản cần gia công là dạng tròn xoay
Bề mặt làm việc của trục bao gồm các bề mặt trụ tròn xoay với kích thước Φ81 và Φ103, cùng với chiều dài của chúng là những yếu tố quan trọng Độ nhám của bề mặt trụ Φ103 đạt Ra = 0,63 (cấp 8), trong khi độ lệch tâm e của cổ khuỷu so với cổ trục là 65 mm Độ đồng tâm giữa các cổ trục được duy trì ở mức 0,02 mm, và độ song song giữa hai cổ khuỷu là 0,05 mm.
Trục có chiều dài là 823 mm, đây là trục có độ cứng vững không cao Các má khuỷu đƣợc chế tạo với yêu cầu kỹ thuật không cao
Vật liệu chế tạo là thép 40Cr có thành phần là:
Bảng 4.1 Thành phần hóa học của thép 40Cr
C(%) Si(%) Mn(%) S(%) P(%) Ni(%) Cr(%) Cu(%)
0,050,06 0,170,27 0,20,4 0,02 0,027 0,30 1,31,65 0,25 Trong khi nhiệt luyện cần chú ý đến biến dạng trục Khi nhiệt luyện cần đảm bảo trục ở tƣ thế thẳng đứng
Để đảm bảo độ đồng tâm của hai cổ trục trong gia công chính xác, cần thiết phải có hai lỗ tâm làm chuẩn tinh thống nhất trong suốt quá trình gia công.
Điều kiện làm việc của trục phức tạp, chịu mô men xoắn và uốn, gây khó khăn trong gia công Sự phức tạp này không chỉ liên quan đến hình dáng hình học, độ chính xác kích thước, và chất lượng bề mặt, mà còn do độ cứng vững kém, dễ dẫn đến biến dạng khi chịu lực cắt Độ cứng vững của trục không đồng đều ở các hướng khác nhau.
Khi trục khuỷu chịu tải trọng liên tục, độ mềm của nó sẽ tăng do biến dạng, dẫn đến độ cứng vững kém, gây khó khăn trong việc đạt độ chính xác trong gia công Sai số về hình dáng và vị trí các cổ biên có thể làm xấu điều kiện làm việc của các gối tựa, trong khi sai số của các bán kính khuỷu và góc phân bố sẽ dẫn đến sự không đồng đều về tỉ số nén trong các xi lanh khác nhau.
Do trục khuỷu có độ cứng vững kém, việc nắn thẳng phôi là cần thiết trong suốt quá trình gia công, đặc biệt sau khi gia công thô hoặc nhiệt luyện Vì vậy, cần chú ý đến các điều kiện gia công phù hợp để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
+ Khi gia công thô cần áp dụng biện pháp thích hợp để loại trừ khả năng bị biến dạng do tác dụng của lực kẹp hay lực cắt
+ Khi gia công thô cần áp dụng biện pháp thích hợp để loại trừ khả năng bị biến dạng do tác dụng của lực kẹp hay lực cắt
Để gia công các má khuỷu, cần sử dụng máy công cụ có độ cứng vững cao và hệ thống luynet hỗ trợ các cổ trục cùng với đồ gá có độ cứng vững đủ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Các cổ trục chính, các má khuỷu, mặt đầu, mặt bích, đầu trục khuỷu cần được gia công trước để dùng làm chuẩn gia công các mặt còn lại
Để thiết lập một quy trình công nghệ hiệu quả, cần thiết kế các trang thiết bị phù hợp, với mức độ phức tạp của quy trình phụ thuộc vào dạng sản xuất Một quy trình công nghệ tốt cần đáp ứng những điều kiện nhất định.
+ Đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản phẩm
+ Phương pháp gia công phải kinh tế nhất
+ Áp dụng đƣợc những thành tựu khoa học kỹ thuật
Trang thiết bị cần phải phù hợp với các điều kiện hiện có, đảm bảo khả năng sử dụng tương thích với tổ chức sản xuất của nhà máy và năng lực của đội ngũ cán bộ.
Để nâng cao độ cứng vững của chi tiết trong gia công, cần áp dụng các biện pháp công nghệ tiên tiến nhằm cải thiện độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt.
Xác định dạng sản xuất
4.2.1 Ý nghĩa của việc xác định dạng sản xuất
Dạng sản xuất là khái niệm kinh tế kỹ thuật tổng hợp, phản ánh cách thức tổ chức sản xuất và quản lý kinh tế nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.
Xác định dạng sản xuất là yếu tố quan trọng giúp hiểu rõ điều kiện phân bổ vốn đầu tư Khi nắm bắt được dạng sản xuất, chúng ta có thể áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và quản lý tổ chức sản xuất một cách hợp lý.
4.2.2 Xác định dạng sản xuất
Xác định dạng sản xuất dựa vào sản lƣợng kế hoạch năm:
NCK: Sản lƣợng cơ khí của chi tiết cần gia công theo kế hoạch (c/n)
Sản lượng hàng năm của chi tiết là 100 chiếc/năm, trong đó số chi tiết cùng tên trong mỗi sản phẩm là 1 Hệ số dự phòng cho mất mát và hư hỏng do chế tạo được xác định là 5%, nằm trong khoảng từ 3% đến 6%.
- Hệ số dự phòng trong vận chuyển, bảo quản = (5 7)% ta chọn = 5%
Thay số vào (4.1) ta đƣợc:
4.2.3 Xác định khối lƣợng chi tiết
Theo kích thước và kết cấu đã cho ở bản vẽ chế tạo chi tiết, ta tiến hành phân đoạn để tính trọng lƣợng của trục khuỷu:
Ta có kich thước cổ trục ф103, vậy R = 47
Chiều dài tổng cộng của các cổ trục là 280 (mm)
Từ đó ta có thể tích cổ trục khuỷu:
Ta có kich thước cổ biên ф85, vậy R = 42,5
Chiều dài tổng cộng của các cổ biên là 280 (mm)
Với số lƣợng má khuỷu 8 má nên ta có
* Mặt bích: Đường kính mặt bích 170, vậy R = 85
Diện tích mặt bích: S = 3,14 85 2 = 22686,5 (mm 2 )
Thể tích mặt bích: V4 = 22686,5 20 = 453730 (mm 3 )
Vậy tổng thể tích của trục khuỷu là:
Nhƣ vậy ta có trọng lƣợng gần đúng của trục khuỷu là:
Thay số vào (4.2) ta đƣợc:
Kết luận: Với sản lƣợng Nck = 1103 (chi tiết/năm) và trọng lƣợng chi tiết là
76,91 kg tra tài liệu “thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy” bảng 2.6 trang 31 ta có dạng sản xuất loạt lớn.
Xác định hình thức chuyên môn hóa
Trong quy trình công nghệ, việc áp dụng hình thức chuyên môn hóa đối tượng dựa vào dạng sản xuất là rất quan trọng Máy móc và thiết bị được bố trí theo thứ tự nguyên công, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc trong mặt bằng phân xưởng.
Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi
Để đáp ứng yêu cầu sản xuất hàng loạt, phương pháp chế tạo phôi tối ưu là rèn khuôn bằng máy dập và máy búa nằm ngang, sử dụng phôi cán nóng.
Thép 45, thuộc loại thép Austenit-ferrit, nổi bật với cơ tính tốt và gần như không có hiện tượng giòn như thép ferrit Đặc biệt, giới hạn đàn hồi của thép 45 cao gấp ba lần so với thép austenit.
Độ bền chống ăn mòn của vật liệu được đảm bảo, đặc biệt là trong các điều kiện chịu áp lực, như ăn mòn ứng suất, cũng như trong trường hợp ăn mòn tập trung và ăn mòn dạng hang hốc trong môi trường khí quyển có tính xâm thực cao.
Thành phần hóa học và cơ tính của thép 45 kết cấu cacbon chất lƣợng tốt:
Bảng 4.2 Thành phần hóa học và cơ tính của thép 45C
MPa 5% % HB Độ cứng sau ủ HB kKJ
4.4.2 Xác định nhiệt độ nung
Ta có bảng xác định nhiệt độ nung của thép 45 nhƣ sau:
Bảng 4.3 Nhiệt độ nung của thép 45
Mác thép Nhiệt độ bắt đầu rèn t max c
Nhiệt độ thôi rèn Khoảng nhiệt độ nên dùng
800C Nhƣ vậy cần nung phôi đến 1260 0 C và sau đó ép kim loại chảy ra điền vào lòng khuôn.
Xác định chuẩn định vị khi gia công
Độ đồng tâm giữa các cổ trục là yếu tố quan trọng trong gia công trục khuỷu Để đảm bảo điều này, việc chọn chuẩn thống nhất với hai lỗ tâm côn ở hai đầu của trục là cần thiết Sử dụng hai lỗ tâm côn làm chuẩn giúp hoàn thành công việc gia công thô và tinh cho hầu hết các bề mặt của trục một cách hiệu quả.
Sơ đồ định vị nhƣ sau:
Hình 4.1 Sơ đồ chuẩn định vị khi gia công
Quy trình công nghệ gia công trục khuỷu
4.6.1 Nguyên công 1: Nén thẳng phôi
Nguyên công này được thực hiện sau khi phôi đã được làm sạch ba via, sau đó được gá trên hai khối V ngắn để định vị 4 bậc tự do và thực hiện trên máy ép 40T.
Hình 4.2 Sơ đồ nén thẳng phôi
4.6.2 Nguyên công 2: Gia công các mặt chuẩn (phay mặt đầu và khoan lỗ tâm)
Mục đích của nguyên công này là gia công để đạt được kích thước chính xác về chiều dài và gia công các mặt chuẩn định vị Để đảm bảo kích thước chiều dài, việc sử dụng cữ so dao là cần thiết.
Trình tự các bước trong nguyên công này thực hiện trên máy doa ngang 2651:
Chi tiết được khống chế 4 bậc tự do trên 2 khối V ngắn, với 1 bậc tự do thông qua chốt tì khía tại má khuỷu giữa Ngoài ra, không định vị bậc tự do cho phép chi tiết quay quanh trục tâm cổ trục khuỷu.
Hình 4.3 Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công các mặt chuẩn
* Kẹp chặt: Lực kẹp chặt từ trên xuống ở trên khối V
* Các bước trong nguyên công:
- Tiến hành phay mặt đầu:Sau khi phay xong mặt đầu thứ nhất quay bàn máy đi một góc 180 0 để tiếp tục phay tiếp đầu còn lại
- Thực hiện bước khoan tâm: Sử dụng dao khoan tâm chuyên dùng, dao đƣợc gá trên trục chính của máy
- Thực hiện các bước tiện rộng lỗ
* Chọn chuẩn thô: Mặt trụ ngoài của đầu và đuôi trục
Chọn máy phay vạn năng và khoan tâm bán tự động 6H82 theo bảng 9_38 trong sổ tay công nghệ chế tạo máy trang 73 với các thông số chính được liệt kê rõ ràng.
Khoảng cách từ đường trục chính đến bàn máy dao động từ 30 đến 350 mm, trong khi khoảng cách từ sống trượt thân máy tới bàn máy nằm trong khoảng 240 đến 480 mm Đặc biệt, khoảng cách lớn nhất từ sống trục thẳng đứng đến thanh giằng là 775 mm.
Khoảng cách lớn nhất từ mặt mút trục chính đến mặt dưới của xà ngang là 155 mm, trong khi khoảng cách từ mặt mút trục chính đến ổ đỡ trục dao đạt 700 mm.
+ Khoảng cách từ mặt sau của bàn đến sống trục thân máy: 320 mm + Đường kính lỗ trục chính: 29 mm
+ Đường kính trục gá dao: 32 mm
+ Phạm vi tốc độ trục chính 301500 vg/phút
+ Công suất động cơ chạy dao: 1,7 KW
+ Kích thước bề mặt làm việc của bàn máy B1 = 320 mm, L = 1250 mm
+ Công suất của động cơ phay – khoan : 5,5 KW
* Chọn dụng cụ: Căn cứ vào chiều dài l0 = 823 mm ta chọn các dụng cụ sau:
- Dao phay: Theo bảng 4 – 92 trang 373 tập 1 sổ tay công nghệ chế tạo máy, chọn dao phay mặt đầu bằng thép gió có các thông số: D = 75 mm, d 32 mm, L = 45 mm, z = 18 răng
Dụng cụ khoan lỗ tâm là mũi khoan kiểu xoắn vít liền khối đuôi trụ, loại ngắn với các thông số cơ bản: chiều dài L = 36 mm, đường kính d = 4 mm, chiều dài phần cắt l = 8 mm.
4.6.3 Nguyên công 3: Tiện cổ giữa và đầu trục khuỷu (tiện thô, vát mặt đầu Φ103 và Φ81)
Để đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt cao cho trục khuỷu, yêu cầu độ chính xác cấp 1,2 và độ bóng bề mặt đạt cấp 10 (Ra = 0,16 m) Do trục khuỷu có chiều dài lớn, cần sử dụng máy có độ cứng vững tốt, vì vậy máy tiện bán tự động 1731 với nhiều dao là lựa chọn phù hợp Khi tiến hành tiện cổ, cần sử dụng dao rộng bản, trong khi đó, khi tiện má, nên dùng dao tiện mặt đầu thép gió và sử dụng bàn dao sau ăn dao hướng kính.
* Định vị: Chi tiết đƣợc gá lên hai mũi chống tâm, nhƣ vậy khống chế 5 bậc tự do
Hình 4.4 Sơ đồ định vi và kẹp chặt trục khuỷu để tiện cổ giữa
Kẹp chặt là quá trình sử dụng mũi chống tâm để đảm bảo lực kẹp trùng với tâm cổ trục, kết hợp với càng kẹp đặc biệt Trong trường hợp này, chi tiết quay được nhờ vào tốc kẹp đặc biệt.
* Các bước trong nguyên công:
- Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh cổ trục giữa, đầu trục khuỷu
Tiện các cổ trục bằng dao tiện rộng được gá lên bàn dao trước, trong khi dao vát mép, dao cắt rãnh và dao tiện mặt khuỷu được gá lên bàn dao sau và chỉ chạy dao theo chiều ngang.
* Chọn chuẩn: 2 lỗ tâm khống chế 5 bậc tự do
* Chọn máy: Theo bảng 9.4 trang 17 sổ tay CNCTM ta chọn máy tiện 1K62 với các thông số sau:
+ Đường kính lớn nhất của chi tiết được gia công trên máy: 400 mm + Khoảng cách hai đầu tâm: 700 ÷ 1000 mm
+ Số cấp tốc độ trục chính: 23
+ Phạm vi tốc độ trục chính: 12,5 ÷ 2000 (v/p), máy tiện ren vít 1K62 có các cấp tốc độ (v/p) 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000
+ Động cơ của truyền động chính đạt công suất: 7,5 10 KW
+ Khối lƣợng của máy 2290 Kg
+ Dịch chuyển lớn nhất bàn dao (dọc 460 ÷ 930 mm, ngang 250 mm)
Khi chọn dao tiện, theo bảng 4.6 trang 297 tập 1 sổ tay CNCTM, nên sử dụng dao tiện ngoài thân cong với góc nghiêng 90 độ, gắn hợp kim cứng có kích thước cơ bản là h = 16 mm, b = 10 mm, L = 100 mm, với n = 4, l = 10 và R = 0,5 mm.
Dao vát mép là loại dao tiện ngoài thân cong với góc nghiêng chính là 90 độ, được gắn hợp kim cứng Kích thước cơ bản của dao vát mép theo bảng 4.6 trang 297 sổ tay CNCTM là 16 mm x 10 mm x 100 mm.
4.6.4 N guyên công 4: T iện các cổ trục, m á khuỷu còn lại (tiện tinh Φ103 và Φ81)
Yêu cầu kỹ thuật cho các cổ trục còn lại tương tự như cổ trục giữa Máy tiện bán tự động nhiều dao 1731 được chọn cho nguyên công này Trong quá trình tiện, sử dụng dao tiện rộng bản cho cổ và dao tiện mặt đầu thép gió cho má khuỷu Để tăng độ cứng vững cho chi tiết, luynet được sử dụng để đỡ ở cổ giữa.
* Định vị: Gá chi tiết trên hai mũi chống tâm, vậy chi tiết đƣợc định vị 5 bậc tự do
* Kẹp chặt: Chi tiết đƣợc kẹp trên mâm cặp 3 chấu ở đầu nhỏ của chi tiết
* Chọn chuẩn: 2 lỗ tâm khống chế 5 bậc tự do
* Định vị: 2 mũi tâm và kẹp tốc Hạn chế 5 bậc tự do
* Chọn máy: Theo bảng 9.3 sổ tay CNCTM trang 16 ứng với chiều dài l 0 823 mm ta chọn máy tiên T616 có các thông số cơ bản sau:
+ Đường kính gia công lớn nhất của chi tiết gia công trên thân máy: 320 mm
+ Khoảng cách lớn nhất giữa hai mũi tâm: 750 mm
+ Số cấp tốc độ trục chính: 12
+ Giới hạn vòng quay của trục chính: 441980 [v/p]
+ Công suất của động cơ: 4.5 KW
+ Kích thước của máy: 23558521225 (mm)
Khi chọn dao tiện ngoài thân cong, theo bảng 4.6 trang 297 tập 1 sổ tay CNCTM, cần sử dụng dao có góc nghiêng 90 độ, gắn hợp kim cứng với kích thước cơ bản là hbL = 1610100 (mm), n = 4, l = 10, và R = 0,5 (mm).
* Các bước trong nguyên công:
- Tiến hành tiện thô, bán tinh, tiện tinh 4 cổ trục
- Đồng thời tiện 6 má khuỷu ngoài, dao đƣợc gá lên bàn dao ngang và chỉ chạy dao ngang, má khuỷu chỉ tiện thô và bán tinh
Hình 4.5 Sơ đồ định vị và kẹp chặt trục khuỷu để tiện các cổ trục và má khuỷu còn lại
4.6.5 Nguyên công 5: Khoan 8 lỗ 10 ở mặt bích
Gia công 8 lỗ ф18 trên mặt bích Nguyên công này đƣợc thực hiện trên máy khoan cần 2B56
+ Định vị: Chi tiết đƣợc gá lên 2 khối V ngắn, nhƣ vậy chi tiết đƣợc định vị 4 bậc tự do
Hình 4.6 Sơ đồ định vị và kẹp chặt trục khuỷu để khoan lỗ ở mặt bích
Lực kẹp được đặt ở giữa hai cổ biên ngoài cùng, hướng từ trên xuống, nhằm mục đích chống cong vênh trục do lực kẹp gây ra Để đạt hiệu quả này, cần sử dụng chốt tì điều chỉnh đặt đối diện với lực kẹp.
4.6.6 Nguyên công 6: Phay các mặt lắp đối trọng
Kết luận
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc và nhận được sự hỗ trợ tận tình từ thầy giáo TS Lê Văn Thái, tôi đã hoàn thành đề tài “Thiết kế và xây dựng quy trình công nghệ chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6” tại công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt.
Trong quá trình thực hiện khóa luận, chúng tôi đã giải quyết các vấn đề cơ bản trong phạm vi nghiên cứu, đáp ứng đầy đủ yêu cầu và mục tiêu đã đề ra.
- Khái quát đƣợc cấu tạo, điều kiện làm việc của trục khuỷu động cơ 3D6
Bằng phương pháp tính toán, chúng tôi đã thiết kế thành công bản vẽ chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6, phù hợp với khả năng sản xuất tại công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt.
Công ty cổ phần thương mại Nguyên Việt đã áp dụng quy trình công nghệ chế tạo máy để phát triển quy trình chế tạo trục khuỷu động cơ 3D6.
Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Do hạn chế về thời gian và phạm vi nghiên cứu của khóa luận, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn các chi tiết liên quan đến động cơ diesel cũng như động cơ đốt trong nói chung.