KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình Nhận xét của giáo viên: LI NóI U 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 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 SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 1 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình quan trọng trong nội dung học tập cảu sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên 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 động cơ 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 đồ án. Em rất mong đợc sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình./ Hà Nội ngày 25 tháng 12 năm 2009 Sinh viên: 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) . 8685 - Chiều rộng toàn bộ (mm)2240 - Chiều cao toàn bộ (mm) 2620 - Chiều dài cơ sở (mm) 4885 SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 2 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình - Vết bánh trớc (mm) 1754 - Vết bánh sau (mm).1660 2. Kích thớc thùng xe : - Dài (mm) 6250 - Rộng (mm) 2120 - Cao (mm) 400 + Chiều rộng sát xi (mm).840 + Khoảng sáng gần xe (mm) 195 + Từ trục trớc tới đầu xe (mm) 1305 + Từ trục sau tới cuối xe (mm)2435 3. Trọng lợng xe: - Trọng lợng không tải (KG).4710 + Phân bố lên cầu trớc (KG) 2450 + Phân bố lên cầu sau (KG) 2260 - Trọng lợng toàn bộ (KG) 9875 + Phân bố lên cầu trớc (KG) 3328 + Phân bố lên cầu sau(KG)6547 - Tải trọng (KG) 5000 - Số ngời trong ca bin 3 (165 KG) Vận tốc chuyển động lớn nhất (km/h) 106 Bán kính quay vòng nhỏ nhất (m)8,6 Khả năng vợt dốc lớn nhất (%) 44,1 4.Truyền lực: SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 3 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình - Ly hợp : Loại C5W33, điều khiển thuỷ lực, một đĩa ma sát khô, lò xo nén biên. - Hộp số : + Loại : 6 số tiến, 1 số lùi, có đồng tốc từ số 2 tới số 5 + Kiểu : K66A + Tỉ số truyền : 6,903- 4,206- 2,320- 1,414- 1,000- 0,74 Số lùi : 6,903. + Điều khiển : Cơ khí - Kiểu truyền động : Các đăng - Truyền lực chính : Loại D4H, giảm tốc đơn, bánh răng Hypôid. Tỷ số truyền : 5,571/4,875 5. Bánh xe : Phía trớc đơn, phía sau kép. Cỡ lốp : Lốp trớc : 8,25 x 16 18 PR Lốp sau : 8,25 x 16 - 18 PR 6. Hệ thống lái Loại : Trục vít - Êcubi có trợ lực thuỷ lực. Tỉ số truyền : 21,6 / 1 7. Phanh chính, loại : Thuỷ lực, trợ lực chân không. Phanh trớc : Tang trống 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. SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 4 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình Giảm chấn : Thuỷ lực, tác động 1 chiều. 11. Thùng nhiên liệu : 200 lít. 12. Hệ thống điện : 24V 13. Bình ắc qui : 12V x 2, 100 Ah 14. Động cơ : - Kiểu động cơ : D6BJ. - Loại: Động cơ điezel, 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, phun nhiên liệu trực tiếp, làm mát bằng nớc. - Số xi lanh : 6 xi lanh đặt thẳng hàng. - Đờng kính xi lanh (cc) : 7,545. - Tỷ số nén : 17,5 /1. - Công suất lớn nhất : 170 PS / 2900 V/p - Mô men xoắn lớn nhất : 44,5 KG.m / 1400 V/p - Máy phát : 24 V 40A - Bộ khởi dộng : 24 V 5,0 KW Công thức bánh xe : 4x2 SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 5 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình Chơng 2. Phân tích các dạng trục khuỷu 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, điều kiện l m việc, vật liệu chế tạo: 2.1.1Nhiệm vụ: -Tiếp nhận lực khí thể truyền từ piston xuống để tạo mômen quay cho động cơ, v nhận năng l ợng của bánh đ , sau đó truyền cho thanh truyền v piston thực hiện các quá trình l m việc của động cơ. - Dẫn động cho các cơ cấu khác nh : trục cam, bơm nớc, bơm dầu, máy phát 2.1.2 Điều kiện l m việc -Trục khuỷu chịu lực quán tính v lực khí thể(chịu tải trọng lớn v luôn luôn thay đổi) -Chịu va đập v chịu xoắn lớn -Chịu m i mòn v chịu lực ma sát lớn do khó có thể bôi trơn ở nhiệt độ và tốc độ cao. 2.1.3 Yêu cầu: -Trục khuỷu cú độ cứng vững lớn ,có độ bền cao v trọng l ợng nhỏ. -Có độ chính xác v gia công cao, độ cứng , độ bóng bề mặt của chốt khuỷu lớn. -Đảm bảo tính cân bằng v tính đồng đều mômen quay cao nh ng đơn giản, dễ chế tạo. -Không xảy ra cộng hởng trong phạm vi tốc độ sử dụng. 2.1.4 Vật liệu chế tạo: -Vật liệu chế tạo trục khuỷu thờng l thép cácbon, thép hợp kim v gang cầu. 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. -Thép cácbon rẻ tiên. Ng y nay, ngo i thép ra ng ời ta còn dùng gang cầu nh GZ50-1,5 để đúc trục khuỷu vì nó có u điểm: rẻ tiền, dễ đúc đợc kết cấu trục khuỷu lý tởng, hệ số ma sát trong lớn , ít nhạy cảm với ứng suất tập trung v gang dễ giữ dầu bôi trơn. Chế tạo trục khuỷu: rèn tự do, rèn khuôn hoặc đúc tùy theo kích thớc v kết cấu trục khuỷu cũng nh loại vật liệu sử dụng. 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 . SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 6 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình 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 khởi 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 dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu. -Ngo i các bộ phận th 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 thờng tính 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 xoắn của 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 SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 7 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình - 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: SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 8 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình - 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 làm việc cân bằng ít rung động. - ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ. - Công nghệ chế tạo giá thành rẻ. Kích thớc của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đờng tâm xilanh, chiều dày của ống lót xilanh và phơng pháp làm mát. Đối với 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. SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 9 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình 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 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 th ờng dùng trong động cơ có hai h ng xilanh góc lệch hai khuỷu kế tiếp l 90 o Trục khuỷu chữ V thờng dùng trong động cơ có công suất trung bình v lớn, kết cấu phức tạp, khó chế tạo, giá th nh cao. SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 10 . phần: Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má, cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu . SVTH : Nguyễn Hiển Hoàng 6 KC & TT động cơ GVHD: Tô Bình Hình 1:Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu + Đầu trục khuỷu: . 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. khuỷu, 5-Đuôi trục khuỷu 2.2.4 Kết cấu trục khuỷu động cơ hình chữ V Loại trục khuỷu n y th ờng dùng trong động cơ có hai h ng xilanh góc lệch hai khuỷu kế tiếp l 90 o Trục khuỷu chữ V thờng