Khoa khí động lực LỜI NÓI ĐẦU Để xây dựng thành công trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng khoa học kỹ thuật công nghệ tương ứng.Ngành công nghiệp Ôtô ngành phục vụ hiệu cho trình CNH-HĐH Ngành công nghiệp Ôtô ngành mới,nhưng diễn sôi động quốc gia khác giới.Nhận thức đắn tầm quan trọng ngành công nghiệp Đảng Nhà nước ta có sách phù hợp thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp Ôtô nước,từng bước phát triển tiến tới sản xuất Ôtô nước ta mà nhập Môn “Thiết kế Tính toán Ôtô”là môn học đóng vai trò quan trọng việc thiết lập sở khoa học để thiêt kế kiểm nghiệm bền chi tiết, cấu,hệ thống cấu thành nên Ôtô Môn học tảng ngành kỹ thuật Ôtô đòi hỏi phải xây dựng từ bước Xuất phát từ điều kiện trên,em thầy giáo giao cho đề tài: “Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu” Trong trình thực đề tài, bảo tận tình thầy cô khoa, đặc biệt thầy XXX, với cố gắng thân đến em hoàn thành đề tài Do điều kiện thời gian hạn chế trình độ thân,thêm vào vấn đề nghiên cứu mẻ nên đề tài không tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận đóng góp, bổ sung Thầy - Cô giáo khoa bạn để đề tài hoàn thiện Em chân thành cảm ơn! YYY, ngày … tháng… năm 2011 Sinh viên thực ZZZ Đồ án môn học Khoa khí động lực MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU : Mô tả khái quát cấu trục khuỷu 1.1: Chức trục khuỷu 1.2: Điều kiện làm việc 1.3: Vật liệu phương pháp chế tạo 1.4: Yêu cầu trục khuỷu 1.5: Kết cấu trục khuỷu 1.5.1: Phân loại 1.5.2: Kết cấu phận trục khuỷu 4 4 5 PHẦN II: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN 11 2.1 : 2.1.1: 2.1.2: 2.2 2.2.1: 2.2.2: Các thông số cần thiết Các thông số cho trước Các thông số tính toán Tính toán kiểm nghiệm trục khuỷu Trường hợp chịu lực Pzmax Trường hợp chịu lực Tmax 11 11 11 16 18 20 LỜI KẾT 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án môn học Khoa khí động lực Phần I : TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU Mô tả khái quát cấu trục khuỷu - Trục khuỷu chi tiết quan trọng phức tạp động Nó có tác dụng biến lực khí cháy đẩy piston qua truyền thành chuyển động quay tròn đưa công suất động (tới phận khác) Mặt khác biến lực quán tính thành chuyển động truyền piston Nó làm quay phận khác trục cam, quạt gió, bơm nước, máy phát điện - Trong trình làm việc trục khuỷu chịu phụ tải thay đổi theo chu kỳ lực khí thể lực quán tính khối vận động thẳng quay, làm cho bị kéo, nén, uốn với ứng suất lớn chịu mài mòn Do trục khuỷu chế tạo thép bon tần số cao (các cổ trục), thép hợp kim gang Hình 1.1 Trục khuỷu 1, Cổ biên; Lỗ khoan cân đố trọng Cổ trục; Đối trọng; Má khuỷu - Hình dáng kết cấu kích thước trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh, cách bố trí xilanh, số kỳ động thứ tự làm việc xilanh Hình 1.2 Trục khuỷu bánh đà 1.1 chức trục khuỷu Đồ án môn học Khoa khí động lực - Trục khuỷu chi tiết quan trọng đông ôtô có nhiệm vụ: - Tiếp nhận lực khí cháy đẩy piston qua truyền làm quay trục khuỷu đưa công suất Đồng thời biến lực quán tính thành chuyển động tịnh tiến piston truyền 1.2 điều kiện làm việc - Chịu tải trọng thay đổi có chu kỳ áp lực khí thể lực quán tính - Chịu mô men xoắn uốn đổi chiều - Chịu mài mòn ma sát - Tính không mô men quay gây dao động dọc dao đọng xoắn ngang 1.3 vật liệu phương pháp chế tạo - Vật liệu chế tạo trục khuỷu thường thép cacbon, thép hợp kim, gang cầu - Hệ số ma sát thép cacbon lớn thép hợp kim Vì vậy, có khả giảm biên độ dao động xoắn - Thép cacbon rẻ tiền - Thép hợp kim có ưu điểm tính lý sức bền cao, thường dùng đồng tốc độ trung bình cao, lực quán tính lớn - Các loại thép hợp kim thường dùng : 45Mn2; 50Mn; 40Cr … - Ngày thép người ta thường dùng gang cầu : GZ50-1,5 để đúc trục khuỷu có ưu điểm : rẻ tiền , dễ đúc kết cấu trục khuỷu lý tưởng, hệ số ma sát lớn, nhảy cảm với ứng suất tập trung gang dễ giữ dầu bôi trơn 1.4 yêu cầu trục khuỷu - Có sức bền cao, cứng vững trọng lượng nhỏ - Có đọ xác gia công cao, độ cứng, độ bóng bề mặt cổ chốt, cổ khuỷu lớn - Đảm bảo cân động tính đồng mô men quay cao đơn giản dễ chế tạo - Không xảy dao động cổng hưởng phạm vi số vòng quay sử dụng 1.5 kết cấu trục khuỷu Đồ án môn học Khoa khí động lực - Hình dạng kết cấu trục khuỷu phụ thuộc vào số xi lanh, số kỳ động thú tự làm việc xi lanh số hang xi lanh - Kích thước trục khuỷu phụ thuộc vào dường kính xi lanh, khoảng cách hai đường tâm xi lanh Phương pháp làm mát động 1.5.1 phân loại a Trục khuỷu ghép trục khuỷu nguyên - Trục khuỷu ghép trục khuỷu gồm nhiều chi tiết ghép lại với - Loại trục thường dùng cho đọng cỡ lớn dùng cho động cỡ nhỏ xe máy Hình 1.3 Trục khuỷu ghép - Trục khuỷu nguyên trục gồm chi tiết thường dùng cho động cỡ nhỏ trung bình Hình 1.4 Ttrục khuỷu động xi lanh Đầu trục Chốt khuỷu Đối trọng Cổ khuỷu Má khuỷu Đuôi trục khuỷu b Trục khuỷu trốn cổ trục khuỷu đủ cổ Gọi số xi lanh động i số cổ trục Z : Trục khuỷu đủ cổ trục : Z = i+1 Đồ án môn học Khoa khí động lực Trục khuỷu trốn cổ trục : Z = +1 Hình1.5 Trục khuỷu xi lanh trố cổ 1.5.2 Kết cấu phận trục khuỷu a Đầu trục khuỷu - Đầu trục khuỷu đầu tự trục khuỷu đầu trục khuỷu thường lắp bánh dẫn đọng trục cam, bơm cao áp, bơm nhiên liệu, bơm dầu nhờn bánh đai để dẫn động quạt gió, bơm nước… - Trên đầu trục khuỷu số động lắp giảm chấn xoắn - Đầu mút đầu trục khuỷu có lắp đai ốc để khởi động quay tay có tác dụng hãm chặt bánh đai, ổ chắn dọc trục … Hình 1.6 Kết cấu đầu trục khuỷu b : Cổ trục khuỷu - Cổ trục gia công xử lý bề mặt đạt độ cứng độ bóng cao Phần lớn động có cổ trục đường kính Đặc biệt có động thường động cỡ lớn, với đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuỷu để có sức bền Tuy Đồ án môn học Khoa khí động lực nhiên phức tạp có nhiều bạc lót ổ đỡ có đường kính khác Cổ trục khuỷu thường rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến cổ chốt khác trục khuỷu c : Chốt khuỷu - Chốt khuỷu gia công xử lý bề mặt để đạt độ bóng độ cứng cao - Đường kính chốt thường nhỏ đường kính cổ khuỷu có trường hợp động cao tốc lực quán tính lớn đường kính chốt khuỷu đường kính cổ khuỷu chiều dài chốt khuỷu phụ thuộc vào khoảng cánh hai đường tâm xy lanh kề chiều dài cổ trục cổ khuỷu, chốt khuỷu làm rỗng để giảm trọng lượng tạo thàh cốc lộc dầu bôi tơn Để dẫn dầu từ thân máy đến cổ khuỷu theo đường khoan cổ, má khuỷu dẫn lên chốt khuỷu Hình 1.7 Kết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khuỷu d : Má khuỷu - Má khuỷu phận nối liền cổ trục chốt khuỷu hình dạng má khuỷu phụ thuộc vào số vòng quay động Để giảm trọng lượng giảm lực quán tính, người ta cố gắng giảm triệt để phần không chịu lực má - Hình dáng má khuỷu có dạng nư sau: - Loại má hình chữ nhật vát góc Loại đơn giản dễ chế tạo - Loại má hình ô van loại má lợi dụng vật liệu hợp lý phân bố ứng suất đồng nên sử dụng nhiều Đồ án môn học Khoa khí động lực - Loại má hình tròn có ưu điểm sức bền cao, cho phép giảm chiều dày má để tăng chiều dài cổ trục, chốt khuỷu, thuận lợi cho điều kiện bôi trơn cổ trục, chốt khuỷu, má tròn đơn giản dễ chế tạo Hình 1.8 Các dạng má khuỷu - Để trục khuỷu có độ cứng vững đồ bền thường thiết kế có độ trùng điệp kí hiệu ε tính theo công thức sau: ε= d ch + d c −R Trong : Đường kính chốt : Đường kính cổ khuỷu R : Bán kính quay trục khuỷu Hình 1.9 Các biện pháp tăng bền má khuỷu - Độ trùng điệp phần mà hai cổ chốt cổ khuỷu trùng biểu diễn trục khủy lên hình chiếu cạnh Đồ án môn học Khoa khí động lực - Độ trùng điệp lớn, độ cứng vững độ bền trục khuỷu cao Muốn tăng độ trùng điệp ta có đường kính cổ khuỷu cổ chốt, áp suất tiếp xúc mài mòn cổ giảm giảm bán kính quay trục khuỷu tứ giảm hành trình hay vận tốc trung bình piston nghĩa giảm mài mòn cặp piston-xi lanh Điều giải thích nhờ mối quan hệ sau: S = 2.R ; = ( n số vòng quay động ) - Do có sử thay đổi mặt cắt đột ngột chỗ chuyển tiếp, nên gây tượng ứng suất, tránh tập trung ứng suất người ta phả làm chỗ chuyển tiếp ( gó lượn ) có bán kính đủ lớn va hình dáng phù hợp e : đối trọng Đối trọng khối lượng gắn trục khuỷu để tạo lực quán tính li tâm nhằm mục đích sau: - Cân lực quán tính li tâm Pk trục khuỷu (Hình 1.8a) - Cân phần lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp (Hình 1.10b) Thông thường người ta cân nửa lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp piston truyền mRω = 2 Pjl - Đối trọng- Lắp ngược với hướng trục khuỷu- Tạo lực quán tính li tâm có giá trị bằng: Đồ án môn học Khoa khí động lực Hình 1.10 Vai trò đối trọng - Như phương ngang xuất lực cân mRω sin ϕ /2 Phương pháp cân thực chất chuyển phần lực cân phương sang phương vuông góc Phương pháp thường dùng cho động đặt nằm ngang Để cân triệt để lực quán tính chuyển động tịnh tiến, người ta dùng cấu cân lăngxetche thường dùng động xi lanh Ví dụ : Động máy kéo Bông Sen đối trọng trường hợp không lắp trực tiếp trục khuỷu mà lắp hai trục dẫn động từ trục khuỷu (Hình 1.10c) - Giảm tải trọng tác dụng cho cổ trục, ví dụ: cho cổ trục khuỷu động kỳ xi lanh (Hình 1.10d) Đối với trục khuỷu này, lực quán tính li tâm P k tự cân tạo cặp mômen Mpk gây uốn cổ có đối trọng, cặp mômen Mpk nên giảm tải cho cổ - Đối trọng nơi để khoan bớt khối lượng cân động hệ trục khuỷu Về mặt nguyên tắc đối trọng bố trí xa tâm quay lực quán tính ly tâm lớn Tuy nhiên, làm tăng kích thước hộp trục khuỷu mặt kết cấu, có loại đối trọng sau: - Đối trọng liền với má khuỷu, thông thường dùng cho động cỡ nhỏ trung bình động ôtô, máy kéo (Hình 1.11a) - Để dễ chế tạo, đối trọng làm rời lắp với trục khuỷu, lắp phương pháp hàn thường làm cho trục khuỷu biến dạng để lại ứng suất dư làm giảm sức bền trục khuỷu nên phương pháp dùng Thông thường đối trọng lấy bulông với trục khuỷu (Hình 1.11b) để giảm lực tác dụng lên bulông, đối trọng lắp với má khuỷu rãnh mang cá kẹp chặt bulông (Hình 1.11c) Hình 1.11 Kết cấu đối trọng Đồ án môn học 10 Khoa khí động lực 370 0.000 3.14 0.0016 3.3144 -0.172 -0.053 3.4889 -0.34 -0.106 3.6633 -0.498 -0.155 3.8378 -0.641 -0.199 4.0122 -0.765 -0.237 4.1867 -0.865 -0.268 4.3611 -0.939 -0.291 4.5356 -0.984 -0.305 -0.31 4.71 -1 4.8844 -0.985 -0.305 5.0589 -0.941 -0.292 5.2333 -0.867 -0.269 5.4078 -0.768 -0.238 -0.2 5.5822 -0.645 5.7567 -0.503 -0.156 5.9311 -0.345 -0.107 6.1056 -0.177 -0.055 6.28 -0.003 -0.001 0.052 6.4544 0.1704 380 6.6289 0.3389 390 6.8033 400 6.9778 0.6401 410 7.1522 0.7637 420 7.3267 0.8642 430 7.5011 0.9384 440 7.6756 0.9841 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 Đồ án môn học 0.497 0.105 0.154 0.198 0.236 0.267 0.290 0.305 0.0005 -0.053 -0.106 -0.155 -0.2 -0.239 -0.271 -0.295 -0.31 -0.315 -0.31 -0.296 -0.272 -0.24 -0.201 -0.156 -0.107 -0.055 -0.001 0.0529 0.1052 0.1547 0.1997 0.239 0.2712 0.2952 0.31 15 0.028 -3.058 -6.06 -8.892 -11.47 -13.72 -15.56 -16.93 -17.78 -18.07 -17.79 -16.96 -15.61 -13.78 -11.54 -8.967 -6.14 -3.142 -0.057 -0.395 -0.392 -0.385 -0.373 -0.354 -0.328 -0.293 -0.248 -0.194 -0.13 -0.057 0.0209 0.1008 0.1786 0.2496 0.3099 0.3557 0.3845 0.3946 0.0004 -0.047 -0.095 -0.143 -0.192 -0.24 -0.286 -0.329 -0.366 -0.394 -0.41 -0.412 -0.397 -0.365 -0.316 -0.252 -0.176 -0.091 -0.002 MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN 3.03 6.032 8.867 11.45 13.70 15.54 0.3852 0.0878 MN 0.3571 0.1729 MN 0.3118 0.2495 MN 0.252 0.3139 MN 0.1813 0.3634 MN 0.1037 0.3962 MN 16.92 17.77 0.0238 0.4117 MN -0.054 0.4107 MN Khoa khí động lực 450 7.85 460 8.0244 0.9855 470 8.1989 0.9411 480 8.3733 0.8681 490 8.5478 0.7688 500 8.7222 0.6462 510 8.8967 0.5039 520 9.0711 0.3463 530 9.2456 0.1783 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 9.42 0.0048 9.5944 -0.169 9.7689 -0.337 9.9433 -0.496 10.118 -0.639 10.292 -0.763 10.467 -0.863 10.641 -0.938 10.816 -0.984 10.99 -1 11.164 -0.986 11.339 -0.942 11.513 -0.869 11.688 -0.77 11.862 -0.647 12.037 -0.505 12.211 -0.348 12.386 -0.18 Đồ án môn học 0.31 0.305 0.291 0.269 0.238 0.200 0.156 0.107 0.055 0.001 -0.052 -0.105 -0.154 -0.198 -0.236 -0.268 -0.291 -0.305 -0.31 -0.306 -0.292 -0.269 -0.239 -0.201 -0.157 -0.108 -0.056 0.3152 0.3105 0.296 0.2725 0.2407 0.2017 0.1569 0.1076 0.0553 0.0015 -0.052 -0.105 -0.154 -0.199 -0.239 -0.271 -0.295 -0.31 -0.315 -0.311 -0.296 -0.273 -0.241 -0.202 -0.157 -0.108 -0.056 16 18.06 17.79 16.97 15.62 13.79 11.56 8.991 6.166 3.169 0.084 -3.002 -6.006 -8.843 -11.43 -13.68 -15.53 -16.91 -17.77 -18.07 -17.8 -16.98 -15.63 -13.81 -11.58 -9.016 -6.193 -3.197 -0.127 0.3951 MN -0.192 0.3674 MN -0.247 0.3306 MN -0.292 0.2878 MN -0.327 0.2414 MN -0.353 0.1934 MN -0.372 0.1449 MN -0.385 0.0967 MN -0.392 0.0488 MN -0.395 -0.392 -0.385 -0.373 -0.354 -0.328 -0.294 -0.249 -0.195 -0.131 -0.059 0.0194 0.0994 0.1772 0.2484 0.3089 0.355 0.3842 MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN MN 0.0013 -0.046 -0.094 -0.142 -0.191 -0.239 -0.285 -0.328 -0.366 -0.394 -0.41 -0.412 -0.397 -0.366 -0.317 -0.253 -0.177 -0.093 Khoa khí động lực 720 12.56 -0.002 -0.006 -0.002 -0.113 0.3946 -0.003 MN 2.2 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu - Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh sức bền động - Do trục kjhuyur dầm siêu tĩnh, nên tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu làm nhiều đoạn, đoạn dầm tĩnh định nằm hai gối tựa hai ổ trục thông thường, đoạn khuỷu tính toán, ta phải xét đến khuỷu chịu lực lớn để tính khuỷu trước pr1 a pr1 a Z b T' b Z' dck Z'' T'' C2 A C1 A T dch c đồ tính bền trục pr2 pr2 Ký hiệu sơ Hình 2.1 sơ toán sức khuỷu c lực đồ l'' l' l0 sau: pr1 A A b pr1 T'' Z'' T h Z Đồ án môn học T' 17 Z' pr2 pr2 Khoa khí động lực T, Z : lực tiếp tuyến lực pháp tuyến tác dụng chốt khuỷu Pr1, pr2 : lực quán tính ly tâm má khuỷu va đối trọng C1, C2L : lực quán tính ly tâm chốt khuỷu khối lượng truyền quy dẫn đầu to Z ’, Z’’ : phản lực gối tựa nằm mặt phẳng khuỷu (MN) T’, T’’ : phản lực gối tựa nằm mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu Mk’, Mk’’: mômen xoắn cổ trục bên trái bên phải trục khuỷu tính toán (MNm) - Giá trị Mk’ tích tổng lực tiếp tuyến khuỷu đứng trước với bán kính khuỷu giả sử: khuỷu tính toán khuỷu thứ i ta có Mk’ = ΣTi-1.R Mk’’ = Mk’ + T.R = ΣTi.R Trong đó: R bán kính khuỷu ΣTi-1: tổng lực tiếp tuyến khủyu đứng trước khuỷu tính toán (MN) - Các trường hợp tính toán chịu lực lớn trục khuỷu động làm việc : + Trường hợp : chịu lực PZmax khởi động +Trường hợp 2: chịu lực Zmax làm việc +Trường hợp : chiụ lực Tmax làm việc +Trường hợp : chịu lực ΣTmax +Trong thực tế vận hành động lực tác dụng trường hợp lớn trường hợp trường hợp lớn trường hợp Nên ta tính kiểm nghiệm bền cho trường hợp 2.2.1 Trường hợp chịu lực PZmax - Đây trường hợp khởi động Do tốc độ động nhỏ nên ta bỏ qa ảnh hưởng lực quán tính lực tác dụng lại lực áp suất lớn khí thể xylanh pzmax Giả thiết lúc lực xuất điểm chết ( gần ) nên α = 0; T = 0; PJ = 0, Pr = Đồ án môn học 18 Khoa khí động lực πD p Z max Z = PZmax = p Z max.FP = π ( 86 10 −3 ) 8,5 Z= = 0,049 (MN) Do trục khuỷu hoàn toàn đối xứng nên : Z 0,049 Z’ = Z’’ = = = 0,0245 (MN) Z a Z' a b'' b' l' Z'' l'' l0 Hình: 2.2 Sơ đồ lực tác dụng khuỷu trục khởi động động a) Tính nghiệm bền chốt khuỷu, mô men uốn chốt khuỷu Mu =Z’.l’ = 0,0245.59.10-3 = 1,44.10-3 (MNm) lck b Với l = a+ + = 34+13+12 = 59 ’ (mm) Ứng suất uốn chốt khuỷu là: Mu σu = Wu (MN/m 2) Trong : Wu : mô đun chống uốn tiết diện ngang chốt Vì chốt chốt đặc nên : Wu = 0,1.d ch = 0,1.(50.10-3)3 = 1,25.10-5 Đồ án môn học (m 3) 19 Khoa khí động lực 1,44.10−3 Mu −5 ⇒ σu = Wu = 1,25.10 = 115,2 MN/m2 < [σu] = 120 (MN/m2) (Do trục khuỷu làm thép hợp kim nên ta có : [σu] = 120 (MN/m2) ) Do chốt khuỷu đủ bền b) Tính nghiệm bền má khuỷu - Lực pháp tuyến Z gây uốn nén A-A Ứng suất uốn má khủyu: Mu σu = Wu Z ' b ' h.b = (MN/m 2) 0,0245.25.10 −3 120.10 −3.( 26.10 −3 ) σu = = 45,3 (MN/m 2) Ứng suất nén má khuỷu 0,049 Z −6 σn = bh = 2.24.120.10 = 8,5 (MN/m 2) Ứng suất tổng σΣ = σu + σn = 45,3 + 8,5 = 53,8 ( MN/m2 ) < [σu] = 180 (MN/m2) Do má khuỷu đủ độ bền c) Tính nghiệm bền cổ trục Ứng suất uốn cổ trục: Mu Z ' b ' σu = Wu = Wu (MN/m 2) Wu = 0,1.dck3 = 0,1.(54.10-3)3 = 1,574.10-5 (m 3) Z ' b ' 0,0245.25.10 −3 Mu −5 σu = Wu = Wu = 1,574.10 = 38,9 (MN/m2) ⇒ σu < [σu] = 100 (MN/m 2) 2.2.2 Trường hợp chịu lực Tmax Vị trí tính toán khuỷu trục nguy hiểm lệch so với vị trí ĐCT góc α=αTmax = 5400 Đồ án môn học 20 Khoa khí động lực Tmax=0,0013 pr1 (MN) Z a c1 pr1 a Tmax c2 A Z' T' A A A b' b'' T'' III Z'' M''k II c' l' I h M'k c'' pr2 l'' pr2 IV b l0 Lúc n ≠ 0, T = Tmax tồn lực quán tính Căn vào đồ thị T = f(α) ta xác định trị số lực tiếp tuyến góc tương ứng Đồ án môn học 5400 7200 21 1800 3600 Khoa khí động lực T(MN/m2) 0,0013 -0,003 0,0004 -0,002 Bảng 2.1: Tìm khuỷu nguy hiểm α0 Khuỷu `1 5400 Tmax = 0,0013 ∑Ti-1 = -0,003 -0,002 0,0004 7200 1800 3600 -0,003 0,0004 -0,002 0,0004 -0,002 Tmax =0,0013 ∑Ti-1 =-0,0026 -0,002 -0,003 Tmax =0,0013 ∑Ti-1 =-0,005 Tmax =0,0013 ∑Ti-1 =-0,002 0,0004 -0,003 Từ bảng ta thấy khuỷu thứ 1chịu lực (∑Ti-1 )max lớn nên khuỷu thứ khuỷu nguy hiểm nên ta tính kiểm nghiệm bền cho khuỷu Ta có : Tmax 0,0013 = ⇒ T’ = T” = = 0,0007 (MN) Ta có: Zmax = 0,0493 (MN) Z − (C1 + C ) 0,049 − (11,625.10 −3 + 30,289 10 −3 ) = 2 ⇒ Z’=Z”= = 0,003543 a) Tính nghiệm bền chốt khuỷu - Ứng suất uốn mặt phẳng khuỷu trục Đồ án môn học 22 (MN) Khoa khí động lực M xu Z ' l ' + p r1a − p r c Wux σux = Wux = (MN/m 2) Wux = Wuy = 0,1dch3 = 0,1.(50.10-3)3 = 1,25.10-5 Trong : Pr1 = mmk.rmk.= 15.10-6.45.10-3.596,62 = 0,24 Pr2 = mđt.rđt = 14.10-6.45.10-3.596,62 = 0,23 (m3) (MN) (MN) 0,00354.59.10 −3 + 0,24.34.10 −3 − 0,23.33.10 −3 1,25.10 −5 ⇒ σux = = 62,3 - Ứng suất uốn mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu trục σuy = - M yu Wuy = T ' l ' 0,0007.59.10 −3 = Wuy 1,25.10 −5 = 3,304 (σ ) + (σ ) x u y u 2 = 62,3 + 3,304 = 62,39 (MN/m 2) Ứng suất xoắn chốt khuỷu '' ( ΣTi−1 + T ).R (0 + 0,0013).46.10 −3 Mk Wux 2.1,25.10 −5 τx = Wx = = = 2,392 - (MN/m 2) Ứng suất uốn tổng cộng σu = - (MN/m2) (MN/m2) Ứng suất tổng chịu uốn xoắn 2 2 σΣ = σ u + 4τ x = 62,39 + 4.2,392 = 62,57 (MN/m 2) ⇒ σ∑ < [σu] = 120 MN/m2 b) Tính nghiệm bền cổ trục Ta tính cổ bên phải cổ chịu lực lớn cổ bên trái - Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z’’ gây ra: Wux = Wuy = 0,1dck3 = 0,1.(54.10-3)3 = 1,575.10-5 M xu Z ''b '' 0,00354.25.10 −3 = σ xu = Wux = Wux 1,575.10 −5 =5,619 - (m3) (MN/m 2) Ứng suất uốn lực T’’ gây mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu: σuy = M yu Wuy = Đồ án môn học T '' b '' Wuy 0,0007.25.10 −3 −5 = 1,575.10 = 1,11 23 (MN/m 2) Khoa khí động lực - Ứng suất xoắn cổ trục '' ( ΣTi−1 + T ).R (0 + 0,0013).46.10 −3 Mk Wux 2.1,575.10 −5 τx = Wx = = = 1,9 - (MN/m2) Ứng suất tổng chịu uốn xoắn: σΣ= (σ ) + (σ ) x u y u + 4τ x 2 2 = 5,619 + 1,11 +4.1,9 = 6,9 (MN/m2) ⇒ σ∑ < [σu] = 100 MN/m2 c) Tính sức bền má khuỷu Ta tính nghiệm bền má khuỷu bên phải má thường chịu lực lớn má bên trái - Ứng suất uốn lực pháp tuyến Z’’ gây ra: Z ''b '' 0,00354.25.10 −3 h.b 120.24 2.10 −9 = = = 7,68 M uz σuz = Wu - Ứng suất uốn lực Pr2 gây Pr ( a − c ) 0,23.( 34 − 33).10 −3 hb 120.24 2.10 −9 6 = = = 19,96 M ur σur = Wur - (MN/m2) (MN/m2) Ứng suất uốn lực tiếp tuyến T’’ gây ra: T ' '.r 0,0007.27.10 −3 bh 24.120 2.10 −9 σuT = = = 0,13 (MN/m 2) Trong đó: r khoảng cách từ tâm cổ khuỷu đến tiết diện nguy hiểm Má khuỷu - Ứng suất uốn lực Mk’’ gây ra: '' Mk σuM = WuM = - ( ΣTi−1 + T ) R bh 0,0013.46.10 −3 24.120 2.10 −9 = = 1,04 Ứng suất nén má khuỷu lực phương pháp tuyến: Z’’ gây Đồ án môn học 24 (MN/m2) Khoa khí động lực Z '' 0,00354 −6 σn = bh = 24.120.10 = 1,23 - (MN/m 2) Ứng suất kéo má khuỷu lực P r Pr 0,23 σ pr bh 24.120.10 −6 = = = 79,8 - (MN/m 2) Ứng suất kéo má khuỷu lực p r1 p r1 0,24 σ pr1 bh 24.120.10 −6 = = = 83 - (MN/m 2) Ứng suất xoắn má khuỷu lực tiếp tuyến T’’ gây ra: T '' b '' τx = Wx (MN/m 2) Trong : Wx - mô đun chống xoắn má (m3) Do tiết diện chịu xoắn má tiết diện hình chữ nhật nên + điểm 1, 2, 3, : τx = + điểm I, II : τx = τmax + điểm III, IV : τx = τmin - τmax τmin xác định : τmax T ''b '' = g1.b.h (MN/m 2) τmin = g2.τmax Các hệ số g1 g2 phụ thuộc vào tỷ số h/b, h/b = = tra đồ thị (Hình.XII19a Trang 150.Sách kết cấu tính toán động đốt – Tập II) ta xác định g1 = 0,29 ; g2 = 0,75 T '' b '' 0,0007.25.10 −3 2 −9 ⇒ τmax = g1 b.h = 0,29.24.120 10 = 0,175 ⇒ τmin = g2 τmax= 0,75.0,175 = 0,13 Đồ án môn học (MN/m2) (MN/m 2) 25 Khoa khí động lực Để tìm ứng suất tổng má ta phải lập bảng xét dấu với quy ước ứng suất gây nén tiết diện dương ứng suất kéo âm − − (σur + σuz ) II + σuM σuM IV − σur III σn b + I (σur + σuz ) + σur h II τmin III IV I τ max Hình 2.3 Ứng suất phân bố má khuỷu Bảng2.2 Bảng xét dấu ứng suất má khuỷu Điểm σ σn = 1,23 σuz = 7,68 σur = 19,96 σuT = 0,13 σuM = 1,04 Σσ τx σ∑ I II III IV + + + + + + + + + + + Σσ1 σ∑1 + Σσ2 σ∑2 + + + Σσ3 σ∑3 + Σσ4 σ∑4 + + 0 ΣσI τmax σ∑I 0 ΣσII τmax σ∑II 0 + ΣσIII τmin σ∑III 0 + ΣσIV τmin σ∑IV Căn vào bảng tính ứng suất ta thấy Σσi điểm 1,2,3,4 ,I,II,III,IV cách cộng theo cột dọc (theo dấu) sau : Σσi = σni ± σuzi ± σuri ± σuTi ± σuMi =>Σσ1 = 27,96 Đồ án môn học (MN/m 2) 26 Khoa khí động lực (MN/m 2) (MN/m 2) (MN/m 2) (MN/m 2) (MN/m 2) (MN/m 2) (MN/m 2) =>Σσ2 = - 27,32 =>Σσ3 = 29,78 =>Σσ4 = - 25,5 =>ΣσI = 28,87 =>ΣσII = - 26,41 =>ΣσIII = 0,32 =>ΣσIV = 2,14 - σ∑ tính theo công thức sau : σ∑i = ∑ σ 2i + 4τ 2i =>σ∑1 = Σσ1= 27,96 (MN/m2) ; σ∑2 = Σσ2= 27,32 (MN/m2) σ∑3 = Σσ3= 29,78 (MN/m2) ; σ∑4 = Σσ4 = 25,5 σ∑I = 28,87 (MN/m2) ; σ∑II = 26,41 (MN/m2) σ∑III = 0,41 (MN/m2) ; σ∑IV = 2,16 (MN/m2) Các giá trị tổng σΣIi < [σ] = 180 MN/m2 má khuỷu đủ bền Đồ án môn học 27 (MN/m2) Khoa khí động lực LỜI KẾT Sau thời gian tiến hành làm đồ án hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo Vũ Đình Nam thầy giáo môn, đến đồ án em hoàn thành Sau nghiên cứu phân tích lý thuyết thực tiễn với mục đích thiết kế trục khuỷu có kết cấu phù hợp với yêu cầu Với thời gian có hạn nên đồ án dừng lại việc phân tích, chọn phương án kết cấu, đồng thời tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu Mặc dù cố gắng xong trình độ thời gian nhiều hạn chế chắn không tránh khỏi thiếu sót Em kính mong bảo, góp ý thầy giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo môn suốt thời gian qua tận tình bảo tạo điều kiện tốt cho chúng em học tập lý thuyết thực hành Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đình Nam tận tình hướng dẫn em thực đề tài suốt thời gian qua Hưng Yên, ngày……tháng…….năm 2011 Sinh viên Lê Trọng Huy Đồ án môn học 28 Khoa khí động lực TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Bài giảng thiết kế tính toán ô tô (của giảng viên Đồng Minh Tuấn) 2.Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết kế tính toán ô tô NXB: ĐHBK Hà Nội 3.Kết cấu tính toán động đốt NXB: ĐHBK Hà Nội 4.Kết cấu tính toán động đốt NXB: Đại học trung học chuyên nghiệp Đồ án môn học 29 [...]... -0.003 MN 2.2 Tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu - Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và sức bền động - Do trục kjhuyur là dầm siêu tĩnh, nên khi tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm trong hai gối tựa là hai ổ trục thông thường, mỗi đoạn đó là một khuỷu khi tính toán, ta phải xét đến khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính khuỷu đó... : đuôi trục khuỷu - Đuôi trục khuỷu là nơi truyền công suất ra ngoài và trên đuôi trục khuỷu thường lắp bánh đà - Bánh đà lắp lên đuôi trục khuỷu bằng hai cách: lắp bằng đoạn trục hinh côn,thường dùng trên động cơ tĩnh tại và lắp bằng mặt bích dùng trên động cơ ô tô máy kéo - Trên đuôi trục khuỷu thương bố trí các bộ phận sau: vành chắn dầu, ren hồi dầu, đệm chắn di chuyển dọc trục của trục khuỷu PHẦN... 0,0004 -0,003 Từ bảng ta thấy khuỷu thứ 1chịu lực (∑Ti-1 )max lớn nhất nên khuỷu thứ 1 là khuỷu nguy hiểm nhất nên ta tính kiểm nghiệm bền cho khuỷu này Ta có : Tmax 0,0013 = 2 ⇒ T’ = T” = 2 = 0,0007 (MN) Ta có: Zmax = 0,0493 (MN) Z − (C1 + C 2 ) 0,049 − (11,625.10 −3 + 30,289 10 −3 ) = 2 2 ⇒ Z’=Z”= = 0,003543 a) Tính nghiệm bền chốt khuỷu - Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu trục Đồ án môn học 22 (MN)... 2011 Sinh viên Lê Trọng Huy Đồ án môn học 28 Khoa cơ khí động lực TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Bài giảng thiết kế và tính toán ô tô (của giảng viên Đồng Minh Tuấn) 2.Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết kế tính toán ô tô NXB: ĐHBK Hà Nội 3.Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong NXB: ĐHBK Hà Nội 4.Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong NXB: Đại học và trung học chuyên nghiệp Đồ án môn học 29 ... nay đồ án của em đã hoàn thành Sau khi nghiên cứu và phân tích về lý thuyết và thực tiễn với mục đích thiết kế ra trục khuỷu có kết cấu phù hợp với yêu cầu Với thời gian có hạn nên bản đồ án chỉ dừng lại ở việc phân tích, chọn các phương án kết cấu, đồng thời tính toán kiểm nghiệm bền đối với trục khuỷu Mặc dù đã rất cố gắng xong do trình độ và thời gian còn nhiều hạn chế vì vậy chắc chắn sẽ không... các phản lực tại gối tựa nằm trong mặt phẳng khuỷu (MN) T’, T’’ : các phản lực tại gối tựa nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khuỷu Mk’, Mk’’: mômen xoắn tại các cổ trục bên trái và bên phải của trục khuỷu tính toán (MNm) - Giá trị của Mk’ là tích của tổng các lực tiếp tuyến của các khuỷu đứng trước nó với bán kính khuỷu giả sử: khuỷu tính toán là khuỷu ở thứ i thì ta có Mk’ = ΣTi-1.R Mk’’ =... 8,5 = 53,8 ( MN/m2 ) < [σu] = 180 (MN/m2) Do vậy má khuỷu đủ độ bền c) Tính nghiệm bền cổ trục Ứng suất uốn cổ trục: Mu Z ' b ' σu = Wu = Wu (MN/m 2) Wu = 0,1.dck3 = 0,1.(54.10-3)3 = 1,574.10-5 (m 3) Z ' b ' 0,0245.25.10 −3 Mu −5 σu = Wu = Wu = 1,574.10 = 38,9 (MN/m2) ⇒ σu < [σu] = 100 (MN/m 2) 2.2.2 Trường hợp chịu lực Tmax Vị trí tính toán của khuỷu trục nguy hiểm lệch so với vị trí ĐCT một góc α=αTmax... dẫn về tâm chốt khuỷu m2= mtt – m1= 2,5 – 0,65= 1,85 ( kết cấu [I] trang 21 ) (kg) - M : khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền M= m1 + mnp=0,65 + 1,8 = 2,45 ( kết cấu [I] trang 21 ) (kg) - R : Bán kính quay trục khuỷu R= = 46 (mm) - λ :Thông số kết cấu: λ= = = 0,31 - mch: Khối lượng của chốt khuỷu: mch=Vch.ρ = ρ = 7800 = 0,71 (kg) - ω : Vận tốc góc của trục khuỷu: ω= = =... Z'' T'' C2 A C1 A T dch c đồ tính bền trục pr2 pr2 Ký hiệu trên sơ Hình 2.1 sơ toán sức khuỷu c các lực đồ như l'' l' l0 sau: pr1 A A b pr1 T'' Z'' T h Z Đồ án môn học T' 17 Z' pr2 pr2 Khoa cơ khí động lực T, Z : lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng trên chốt khuỷu Pr1, pr2 : lực quán tính ly tâm của má khuỷu va của đối trọng C1, C2L : lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu và của khối lượng thanh... 10 −3 ) 2 8,5 4 Z= = 0,049 (MN) Do trục khuỷu hoàn toàn đối xứng nên : Z 0,049 Z’ = Z’’ = 2 = 2 = 0,0245 (MN) Z a Z' a b'' b' l' Z'' l'' l0 Hình: 2.2 Sơ đồ lực tác dụng trên khuỷu trục khi khởi động động cơ a) Tính nghiệm bền chốt khuỷu, mô men uốn chốt khuỷu Mu =Z’.l’ = 0,0245.59.10-3 = 1,44.10-3 (MNm) lck b Với l = a+ 2 + 2 = 34+13+12 = 59 ’ (mm) Ứng suất uốn chốt khuỷu là: Mu σu = Wu (MN/m 2) Trong