Đang tải... (xem toàn văn)
Lời nói đầu………………………………………………………………...…….3 Phần I: Mô tả chung về Piston, chốt Piston và Xec măng…………………...…...4 1.1. Piston…………………………………………………………………….......4 1.1.1. Nhiệm vụ………………………………………………………………...…4 1.1.2. Điều kiệm làm việc………………………………………………………....4 1.1.3. Vật liệu chế tạo Piston……………………………………………………...4 1.1.4. kết cấu của Piston…………………………………………………………..5 1.2. Chốt Piston…………………………………………………………………....8 1.2.1.Nhiệmvụ……………………………………………………………………..8 1.2.2. Điều kiện làm việc…………………………………………………………..8 1.2.3. Vật liệu chế tạo……………………………………………………………...8 1.2.4. Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt piston……………………………………8 1.3. Xéc măng…………………………………………………………………….10 1.3.1. Nhiệm vụ…………………………………………………………………...10 1.3.2. Điều kiện làm việc của xéc măng…………………………………………..10 1.3.3. Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xéc măng……………………………...10 1.3.4. Kết cấu của xéc măng………………………………………………………10 Phần II: Tính toán kiểm tra bền cho Piston……………………………………….13 2.1. Thông số ban đầu……………………………………………………………..13 2.2. Tính toán kiểm tra bền choPiston…………………………………………….14 2.2.1. Tính sức bền của đỉnh Piston……………………………………………….14 2.2.2. Tính sức bền đầu Piston…………………………………………………….16 2.2.3. Tính sức bền thân Piston…………………………………………………...18 2.2.4. Tính sức bền bệ chốt Piston………………………………………………..19 2.2.5. Tính khe hở giữa Piston và xilanh………………………………………….19 Phần kết luận……………………………………………………………………...20 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………...21
Khoa :Cơ Khí Động Lưc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… XXX, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC 1 Khoa :Cơ Khí Động Lưc trang Lời nói đầu……………………………………………………………… …….3 Phần I: Mơ tả chung Piston, chốt Piston Xec măng………………… … 1.1 Piston…………………………………………………………………… .4 1.1.1 Nhiệm vụ……………………………………………………………… …4 1.1.2 Điều kiệm làm việc……………………………………………………… 1.1.3 Vật liệu chế tạo Piston…………………………………………………… 1.1.4 kết cấu Piston………………………………………………………… 1.2 Chốt Piston………………………………………………………………… 1.2.1.Nhiệmvụ…………………………………………………………………… 1.2.2 Điều kiện làm việc………………………………………………………… 1.2.3 Vật liệu chế tạo…………………………………………………………… 1.2.4 Kết cấu kiểu lắp ghép chốt piston……………………………………8 1.3 Xéc măng…………………………………………………………………….10 1.3.1 Nhiệm vụ………………………………………………………………… 10 1.3.2 Điều kiện làm việc xéc măng………………………………………… 10 1.3.3 Vật liệu công nghệ chế tạo phôi xéc măng…………………………… 10 1.3.4 Kết cấu xéc măng………………………………………………………10 Phần II: Tính tốn kiểm tra bền cho Piston……………………………………….13 2.1 Thơng số ban đầu…………………………………………………………… 13 2.2 Tính tốn kiểm tra bền choPiston…………………………………………….14 2.2.1 Tính sức bền đỉnh Piston……………………………………………….14 2.2.2 Tính sức bền đầu Piston…………………………………………………….16 2.2.3 Tính sức bền thân Piston………………………………………………… 18 2.2.4 Tính sức bền bệ chốt Piston……………………………………………… 19 2.2.5 Tính khe hở Piston xilanh………………………………………….19 Phần kết luận…………………………………………………………………… 20 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… 21 2 Khoa :Cơ Khí Động Lưc LỜI NÓI ĐẦU Động đốt ngày phát triển mạnh giữ vai trò quan trọng kinh tế quốc dân nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường hàng không nhiều ngành công nghiệp khác Từ mở cửa, hội nhập phát triển kinh tế đât nước đạt nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật mặt đời sống xã hội nói chung.Một thành tựu q trình cơng nghiệp hố đại hố Để xây dựng thành cơng q trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng khoa học kỹ thuật cơng nghệ tương ứng.Ngành cơng nghiệp Ơtơ ngành phục vụ hiệu cho q trình CNH-HĐH Ngành cơng nghiệp Ơtơ khơng phải ngành mới,nhưng diễn sơi động quốc gia khác giới Nhận thức đắn tầm quan trọng ngành cơng nghiệp Đảng Nhà nước ta có sách phù hợp thúc đẩy phát triển ngành cơng nghiệp Ơtơ nước,từng bước phát triển tiến tới sản xuất Ơtơ nước ta mà nhập Môn “Thiết kế Tính tốn Ơtơ”là mơn 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 Ơtơ đòi hỏi phải xây dựng từ bước Xuất phát từ điều kiện trên, em giao đề tài: “Tính tốn kiểm nghiệm bền cho Piston động tàu thủy 150 cv” 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 khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận đóng góp, bổ sung Thầy - Cô giáo khoa bạn đồng nghiệp để đề tầi hoàn thiện Em chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày 20 tháng 10 năm 2011 Sinh viên thực YYY 3 Khoa :Cơ Khí Động Lưc PHẦN I MƠ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHÓM PISTON 1.1 Piston 1.1.1 Nhiệm vụ: Piston chi tiết máy quan trọng thuộc cấu trục khuỷu – truyền động đốt trong, có nhiệm vụ - Cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thành buồng cháy - Đồng thời trưyền lực khí thể cho truyền nhận lực từ truyền để nén hỗn hợp khí- nhiên liệu - Ngồi mơt số động hai kỳ, Piston có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp thải cấu phối khí 1.1.2 Điều kiện làm việc Do điều kiện làm việc Piston khắc nghiệt, cụ thể là: a Tải trọng học lớn có chu kỳ -Áp suất lớn, đến 120 kg/cm2 - Lực quán tính lớn, đặc biệt động cao tốc b Tải trọng nhiệt Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ (khoảng 2200 – 2800 oK) nên nhiệt độ phần đỉnh Piston đến (khoảng 500 – 800oK) Do nhiệt độ cao, pittông bị giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ…., làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ c Ma sát ăn mòn hố học Do lực ngang N nên Piston xylanh có ma sát lớn Điều kiện bôi trơn khó khăn, thơng thường vung té nên khó bảo đảm bơi trơn hồn hảo.Mặt khác thường xun tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có chất ăn mòn axít nên Piston chịu ă mòn hóa học 1.1.3 Vật liệu chế tạo Piston Vật liệu chế tạo Piston phải đảm bảo cho Piston làm việc ổn định lâu dài điều kiện làm viêc khắc nghiệt nêu Trong thực tế số vật liệu sau dùng để chế tạo Piston: - Gang: Thường dùng gang xám, gang dẻo, gamg cầu Gang có sức bền nhiệt bền học cao, hệ số giãn dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo rẻ 4 Khoa :Cơ Khí Động Lưc - Hợp kim nhơm: hợp kim nhơm có nhiều ưu điểm nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ số ma sát với gang nhỏ, dễ đúc, dễ gia công nên dùng phổ biến để chế tạo Piston 1.1.4 Kết cấu piston Piston gồm có phần chính: Hình 1: Sơ đồ kết cấu piston a Đỉnh piston: Là phần Piston, với xylanh nắp xy lanh tạo thành buồng cháy Các dạng đỉnh Piston động xăng động điêzel thường dùng giới thiệu hình Có thể chia dạng đỉnh thành loại lớn: đỉnh bằng, đỉnh lồi đỉnh lõm a b d c e g f h i Hình 2: Các dạng đỉnh piston 5 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Đỉnh (hình 2.a) loại phổ biến Nó có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Loại đỉnh hay dùng cho Piston động xăng có tỷ số nén thấp động điêzel có buồng cháy dự bị xốy lốc - Đỉnh lồi (hình 2.b, c) Có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền đỉnh nên trọng lượng Piston nhỏ diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ đỉnh thường cao đỉnh Loại đỉnh lồi thường dùng cho động xăng có buồng cháy chỏm cầu, xu páp treo (như động Craysow, plinut…) động xăng hai kỳ công suất nhỏ PD-10, Solex… - Đỉnh lõm (hình 2.d), tạo xốy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho q trình hình thành khí hỗn hợp cháy Tuy nhiên sức bền diện tích chịu nhiệt lớn so với đỉnh Loại đỉnh dùng cho động xăng động diesel - Đỉnh chứa buồng cháy loại đỉnh thường gặp động diesel Đối với động diesel có buồng cháy đỉnh Piston, kết cấu buồng cháy phải thoả mãn điều kiện sau tùy trường hợp cụ thể: Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy hướng chùm tia nhiên liệu để tổ chức tạo thành hỗn hơp tốt nhất.(hình e) Phải tận dụng xốy lốc khơng khí trình nén, hình (2 c,f): buồng cháy omega; hình (2g) buồng cháy đenta; hình (2 h) buồng cháy MAN b Đầu Piston Đường kính đầu Piston thường nhỏ đường kính thân thân Piston phần dẫn hướng Piston Kết cấu đầu Piston phải bảo đảm yêu cầu sau: - Bao kín tốt cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cácte dầu dầu bôi trơn từ te sục lên buồng cháy Thông thường người ta dùng xécmăng để bao kín Có hai loại xécmăng xécmăng khí để bao kín buồng cháy xécmăng dầu để ngăn dầu sục lên buồng cháy Số xécmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ: Động xăng : – xécmăng khí, – xécmăng dầu Động diesel cao tốc : – xécmăng khí, – xécmăng dầu Động diesel tốc độ thấp : – xécmăng khí, – xécmăng dầu - Tản nhiệt tốt cho xécmăng phần lớn nhiệt Piston truyền qua xécmăng cho xylanh đến môi chất làm mát Để tản nhiệt tốt cho Piston thường dùng kết cấu đầu Piston sau: Phần chuyển tiếp đỉnh đầu có bán kính R lớn Dùng gân tản nhiệt đỉnh Piston Tạo rãnh ngăn nhiệt đầu Piston để giảm nhiệt lượng truyền cho xécmăng thứ nhất(3.a) Làm mát đỉnh Piston 6 Khoa :Cơ Khí Động Lưc ab Hình 3:Rãnh ngăn nhiệt phần đầu piston Vấn đề sức bền: Tăng bền cho phần đầu Piston chủ yếu gân đỉnh gân nối liền với bệ chốt, cần phải lựa chọn kiểu gân hợp lý để dễ thao tác đúc Piston c Thân piston Tác dụng thân Piston dẫn hướng cho Piston chuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xylanh chịu lực ngang N Khi thiết kế phần thân Piston thường phải giải vấn đề sau: - Chiều dài thân Piston - Chiều dài thân Piston định điều kiện áp suất tiếp xúc, lực ngang N gây ra, phải nhỏ áp suất tiếp xúc cho phép - Vị trí lỗ bệ chốt - Vị trí tâm chốt bố trí cho Piston xylanh mòn đều, đồng thời giảm va đập gõ Piston đổi chiều Một số động có tâm chốt lệch với tâm xylanh giá trị phía cho lự ngang N max giảm để hai bên chịu lực N Piston xylanh mòn Trạng thái biến dạng Piston giới thiệu hình 7 Khoa :Cơ Khí Động Lưc N a b c Hình 4: Trạng thái biến dạng thân piston Hình 4.a trạng thái biến dạng thân Piston chịu nhiệt độ cao Do kim loại tập trung phần bệ chốt nên chịu nhiệt thân Piston giãn nở theo đường tâm chốt Hình 4.b trạng thái biến dạng thân Piston Piston chịu lực khí thể Áp suất khí thể uốn cong đỉnh làm thân bị biến dạng theo phương đường tâm chốt Hình 4.c trạng thái biến dạng pittông thân chịu tác động lực ngang N Chiều biến dạng trùng với phương đường tâm chốt Để khắc phục tình trạng bó Piston người ta thường dùng biện pháp thiết kế sau: Chế tạo thân Piston có dạng van, trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt Tiện vát đúc lõm hai đầu bệ chốt để lại cunng khoảng 900 -100 để chịu lực mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực Xẻ rãnh chữ T, chữ U ngược rãnh ngang rãnh xéc măng dầu Đúc gắn miếng hợp kim inva vào vùng bệ chốt để hạn chế giãn nở vùng bệ chốt Do trạng thái nhiệt Piston giảm dần từ phía đỉnh xuống đến chân Piston nên khe hở Piston xylanh giảm dần d Chân piston Chân Piston thường có vành đai để tăng độ cứng vững vùng mặt trụ vành đai thường chuẩn công nghệ gia công pittông nơi điều chỉnh trọng lượng Piston phân nhóm lắp ráp Sai lệch trọng lượng Piston nhóm khơng vượt q (0.2-0.6)% động ô tô 1.2 Chốt Piston 1.2.1 Nhiệm vụ Chốt Piston chi tiết nối Piston với truyền truyền lực tác dụng Piston cho truyền để làm quay trục khuỷu Vì chi tiết máy có kết cấu đơn giản lại quan trọng, yêu cầu có độ bền độ tin cậy cao 1.2.2 Điều kiện làm việc 8 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Chốt Piston chịu lực va đập, tuần hồn, nhiệt độ cao điều kiện bơi trơn khó khăn 1.2.3 Vật liệu chế tạo Để đảm bảo độ tin cậy cao, người ta thường dùng loại thép hợp kim thành phần bon thấp để chế tạo chốt Piston 20Cr; 15CrM; 18CrNiM… Để tăng độ cứng vững cho bề mặt, tăng sức bền mỏi chốt thấm than, xianua hố, tơi cao tần mạ bóng 1.2.4 Kết cấu kiểu lắp ghép chốt Piston a Kết cấu Kết cấu chốt Piston đơn giản, có dạng hình trụ rỗng nhẹ Các chốt khác phần ruột, cụ thể: a b c d Hình 5: Chốt piston e Mặt có dạng hình trụ (hình 5.a) có ưu điểm dễ chế tạo vật liệu phân bố lại không hợp lý, trọng lượng lớn Mặt có dạng (như hình 5.b, c, d, e) có kết cấu phức tạp chốt nhẹ có sức bền đồng Vì loại chốt thường dùng động cao tốc Kích thước đường kính ngồi chốt phải thiết kế theo hệ trục để việc lắp ghép đạt yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo khe hở lắp ghép với bệ chốt khe hở lắp ráp với đầu nhỏ truyền b Các kiểu lắp ghép chốt piston 9 Khoa :Cơ Khí Động Lưc abc Hình 6: Các kiểu lắp ghép chốt piston a Lắp cố định chốt Piston đầu nhỏ truyền b Lắp cố định chốt Piston bệ chốt c Lắp tự chốt Piston - Cố định chốt đầu nhỏ truyền (Hình 6.a) Khi chốt phải lắp tự bệ chốt Do giải vấn đề bôi trơn mối ghép với truyền nên thu hẹp bề rộng đầu truyền tăng chiều dài bệ chốt, giảm áp suất tiếp xúc –mòn - Cố định chốt Piston bệ chốt (hình 6.b) Khi chốt phải lắp tự truyền Cũng giống phương pháp giải vấn đề bơi trơn cho bệ chốt nên rút ngắn chiều dài bệ để tăng chiều rộng đầu nhỏ truyền, giảm áp suất tiếp xúc mối ghép Tuy nhiên mặt phẳng chịu lực chốt thay đổi nên tính chịu mỏi chốt Lắp tự hai mối ghép (hình 6.c) Khi lắp ráp, mối ghép chốt bạc đầu nhỏ truyền mối ghép lỏng, mối ghép với bệ chốt Piston mối ghép trung gian có độ dơi 0.01 – 0.02 mm động tơ Trong qúa trình làm việc nhiệt độ cao, Piston làm hợp kim nhôm giãn nở nhiều chốt Piston nên chốt Piston tự xoay Khi mặt phẳng chịu lực thay đổi nên chốt Piston mòn chịu mỏi tốt Vì phương pháp dùng phổ biến Tuy nhiên phải giải vấn đề bơi trơn hai mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục chốt, thơng thường dùng vòng hãm nút kim loại mềm có mặt cầu Do mối ghép động nên phải giải vấn đề bôi trơn cho mối ghép cách khoan lỗ để dẫn dầu cho xéc măng dầu gạt khoan lỗ hứng dầu Đối với 10 10 Khoa :Cơ Khí Động Lưc truyền, để bơi trơn người ta dùng lỗ hứng dầu bôi trơn cưỡng kết hợp với làm mát đỉnh Piston dầu có áp suất cao dẫn từ trục khuỷu dọc theo thân truyền 1.3 XÐc măng 1.3.1 Nhiệm vụ Như trình bày phần đầu Piston, xéc măng khí làm nhiệm vụ bao kín tránh lọt khí xécmăng dầu ngăn dầu bơi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy 1.3.2 Điều kiện làm việc xéc măng Cũng Piston xécmăng chịu tải trọng học lớn, xécmăng Ngồi xécmăng chịu lực qn tính lớn có chu kỳ va đập Đồng thời phải kể đến nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hố học ứng suất uốn ban đầu lắp xécmăng vào rãnh Piston 1.3.3 Vật liệu công nghệ chế tạo phôi xécmăng Do điều kiện làm việc xécmăng khắc nhiệt, nên vật liệu chế tạo xécmăng gang xám pha hợp kim, niken,molipden,crơm,vơphram…Nhất xécmăng khí đầu tiên, mạ crơm xốp có chiều dầy từ 0,03-0,06 mmcó thể tăng tuổi thọ xécmăng nên 3- 3,5 lần 1.3.4 Kết cấu xécmăng Xécmăng có kết cấu đơn giản Nó có dạng vòng tròn hở miệng hình vẽ Kết cấu xécmăng đặc trưng kết cấu tết diện miệng xécmăng a Xémăng khí Xécmăng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy ngăn khơng cho khí cháy lọt xuống te Các tiết diện thường dùng giới thiệu hình vẽ: Hình 7: Kết cấu xéc măng khí - Loại tiết diện hình chữ nhật(hình 7b): Là loại thơng dụng đơn giản nhất, dễ chế tạo, có áp suất riêng khơng lớn, thời gian rà khít với xylanh sau lắp lâu trọng lượng xéc măng cao 11 11 Khoa :Cơ Khí Động Lưc - Loại có mặt β (hinh 7.c) có áp suất tiếp xúc lớn rà khít nhanh chóng vớí xylanh, nhiên chế tạo phức tạp phải đánh dấu lắp cho píttơng xuống có tác dụng lưỡi cạo để gạt dầu - Loại xécmăng có tiết diện hình thang –vát (hình 7.f), có tác dụng giũ muội than xécmăng co bóp đường kính xylanh khơng hồn tồn đồng theo phương dọc trục, dođó tránh tượng bó kẹt - Loại xécmăng có tiết diện phức tạp loại tổng hợp ưu điểm loại tiết diện, nhiên loại khó gia cơng Về kết cấu miệng xécmăng, loại thẳng(hình 7.g) dễ chế tạo dễ lọt khí sục dầu qua miệng Loại vát( hình 7.h) có thẻ khắc phục phần nhược điểm Loại bậc( hình 7.i) bao kín tốt khó chế tạo b Xécmăng dầu vấn đề ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy Trong trình làm việc động đốt trong, xécmăng khí dù tốt đến ngăn dầu nhờn sục vào buồng cháy động Đó xécmăng khí có tác dụng “ bơm dầu” vào buồng cháy Sơ đồ nguyên lý tác dụng bơm dầu xécmăng khí hình vẽ: Hình 8:Tác dụng bơm dầu xécmăng khí Piston; 2:Xy lanh;3Xécmăng Từ hình vẽ ta thấy piston xuống, xécmăng vét dầu tụ vào rãnh xécmăng Khi piston đổi chiều, lên xécmăng khí tiếp xúc với mặt rãnh phía dưới, dồn dầu lên phía Khi piston xuống lần thứ hai, xécmăng lại tiếp xúc với mặt rãnh trên, ép số dầu rãnh lên Cứ dầu nhờn dần vào buồng cháy gây lên tượng sục dầu Để ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy, phải dùng xécmăng dầu để gạt dầu trở te, phân bố mặt gương xylanh lớp dầu mỏng 12 12 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Kết cấu xécmăng dầu hình vẽ Hình 9: Kết cấu xéc măng dầu Các loại tiết diện có mặt cơn, lưỡi dao có áp suất tác dụng mặt gương xylanh lớn(4÷6 at cao hơn) Rãnh lắp xécmăng dầu Piston phải có lỗ dầu Các xécmăng dầu tiết diện hình thang có mặt dạng lưỡi dao vét dầu qua lỗ dầu phía rãnh Các loại xécmăng dầu tổ hợp thoát dầu lỗ khoan bên rãnh xécmăng dầu Bảng kích thước piston ,chốt piston xéc măng Thông số Chiều dày đỉnh pistonkhông làm mát đỉnh Động diesel (ôtô , máy kéo ) (0,1 0,2 ) D 13 13 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Khoảng cách C từ đỉnh đến xéc măng thứ Chiều dày s phần đầu Chiều cao H piston (động bốn kỳ ) Vị trí chốt piston (đến chân piston ) H-h Đường kính chốt piston Đường kính bệ chốt Đường kính lỗ chốt Chiều dày phần thân Số xéc măng khí Chiều dày hướng kính t xéc măng khí Chiều cao a xéc măng khí Số xéc măng dầu Chiều dày bờ rãnh xéc măng Chiều cao xéc măng dầu Vị trí chốt piston đến chân piston (1,0 2,0 ) (0,05 0,1 )D (1,0 1,6 ) D (0,5 1,2 )D ( 0,3 0,45 )D ( 1,3 1,6 ) (0,6 0,8 ) ( ) mm ( )D (2,2 ) mm a h = H (H PHẦN II TÍNH TỐN KIỂM TRA BỀN CHO PISTON, CHỐT PISTON VÀ XÉC MĂNG 2.1 Thông số ban đầu, thông số chọn thông số tham khảo piston, chốt 14 14 Khoa :Cơ Khí Động Lưc xéc măng a Các thông số ban đầu st Thông số ban đầu t Áp suất khí thể Đường kính piston Thơng số kết cấu Cấp xác Cơng thức tính tốn Kết P = 8,14 MPa = 8,14 MN/ m −3 D = 108 mm = 108 10 m λ = R/L= 66/220 = 0,30 8,14 10 0,108 N/ m m 0,30 1/1000 b.Các thông số chọn piston, chốt xéc măng Stt Các thơng số chọn Chiều dầy đỉnh píton Khoảng cách C từ đỉnh piston đến xéc măng khí Chiều dầy phần đầu Cơng thức tính tốn δ = (0,1÷0,2)D δ = (0,1 ÷ 0, 2)0,108 = 0, 016 C = (1 ÷ 2)δ = (1 ÷ 2)0, 016 S = (0,05÷0,1)D = S = (0,0057 ÷ 0,0108) Chiều cao H piston H = (1,0÷1,6)D = (1÷1,6)0,108 H = (0,0108 ÷ 0,1728) Vị trí chốt piston đến H-h = (0,5÷1,2)D =(0,5÷1,2)0,108 chân pittơng H-h = 0.054÷ 0.129 h = H- 0,07= 0.105 - 0.07 d ch = (0,3÷0,45)D = (0,3÷0,45)0,108 Đường kính chốt piston d ch = 0,0324 ÷ 0,0486 Đường kính lỗ chốt d0 d0 = (0,6÷0,8) d ch = (0,6÷0,8)0,037 Lựa chọn 0,016 0,024 m m 0,008 m 0,105 m 0,07 0,08 m m 0,037 m 0,027 m 0,040 m 0,004 m = 0,0222 ÷ 0,0296 Đường kính bệ chốt db Chiều dày phần thân S1 10 Số xéc măng khí 11 Số xéc măng dầu 12 Chiều dày hướng kính t xéc măng khí t= = (1,3÷1,6) d ch =(1,3÷1,6)0.027 = (0,002÷0,005) 0,108 D= = 4.10.10−3 22 22 0,004 m 15 15 Khoa :Cơ Khí Động Lưc 13 Chiều cao xéc măng khí a=3 mm 14 Chiều dày bề rãnh xéc măng khí a1 =3 mm 15 Chiều cao xécmăng dầu a 2= mm 0,003 m 0,003 m 0,005 m 2.2 Tính tốn kiểm tra bền cho piston 16 16 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Tính tốn kiểm tra bền cho piston bao gồm việc tính kiểm tra bền cho đỉnh, đầu, thân bệ chốt piston Hình2.1:Kích thước phần piston 2.2.1 Tính sức bền đỉnh piston Trong trình làm việc đỉnh piston vừa chịu tải trọng học (lực khí thể) lại vừa chịu tải trọng nhiệt nên trạng thái biến dạng phức tạp Vì vậy, để đơn giản hóa tính tốn ta tính trạng thái ứng suất gần theo giả thiết định (phụ thuộc vào phương pháp tính) Áp dụng cơng thức Back, để tính kiểm nghiệm bền cho đỉnh piston ta giả thiết: - Coi đỉnh piston đĩa có chiều dày δ đồng đặt tự gối đỡ hình trụ - Coi áp suất khí thể p z phân bố - Tính lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston Sơ đồ tính tốn lực hình 11 ADCT: Pz = p z F p Trong đó: - Fp diện tích đỉnh piston tính theo cơng thức: Fp = π D Với D đường kính đỉnh piston, D = 108 (mm) = 0,108 (m ) (m) 17 17 Khoa :Cơ Khí Động Lưc - p z áp suất khí thể Ta có : Pz = 8,14 (Mpa) 3,14.(0,108) = 0, 075 (MN) Hình 2.2: Sơ đồ tính sức bền đỉnh piston * Trên nửa đỉnh piston có lực sau tác dụng: Pz - Lực khí thể Lực tác dụng lên trọng tâm nửa hình tròn cách trục x-x đoạn y1 D 0,108 y1 = = = 0, 022 π 3,14 (m) Pz - Phản lực lực khí thể phân bố nửa đường tròn đường kính Di , đặt lên trọng tâm nửa đường tròn cách truc x-x đoạn y : y2 = D 0,1088 = = 0, 034 π 3,14 (m) Do mơ men uốn đỉnh M u : Mu = Pz ( y − y1 ) = 0, 075 ( 0, 034 − 0, 022 ) = 0, 0004 2 (m) Mô đun chống uốn Wu tiết diện x-x: 18 18 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Wu = D.δ 0,108.(0, 016) = = 4, 61.10−6 6 (m3 ) Do ứng suất uốn đỉnh piston: σu = Mu 0, 0004 = = 86.76 Wu 4,61.10−6 Chọn vật liệu làm piston nhơm, đỉnh có gân tăng bền nên ta có [σ u ] = 25 ÷ 180 ( MN / m ) ( MN / m ) Nhận xét thấy σ u < [σ u ] nên đỉnh piston thỏa mãn điều kiện bền Hình 2.3: sơ đồ tính bền đỉnh piston 2.2.2 Tính sức bền đầu piston Tiết diện I-I hình vẽ tiết diện suy yếu đầu piston (tiết diện cắt ngang qua rãnh xécmăng dầu) Tiết diện chịu kéo phần khối lượng m I − I phía chịu nén lực khí thể q trình cháy, giãn nở Vì vậy, để kiểm tra xem đầu piston có đảm bảo bền hay khơng ta cần phải xác định ứng suất kéo ứng suất nén tiết diện I-I a Ứng suất kéo σ k : ADCT: σk = PjI FI − I = m I − I j max FI − I ( MN / m ) Trong đó: + m I − I khối lượng phía tiết diện I-I (kg) + j max gia tốc lớn piston + FI − I diện tích tiết diện I-I (m/s ) (m ) * Tính khối lượng m I − I phía tiết diện I-I: m I − I = γ V ADCT: 19 19 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Trong đó: + γ khối lượng riêng vật liệu làm piston, với piston làm hợp kim nhôm ta chọn γ = 2,5 kg/d m = 2,5 103 kg/ m +V thể tích phần đầu piston phía mặt cắt I-I : V = V1 − V2 − V3 Trong đó: V1 thể tích phần đầu piston phía mặt cắt I-I coi đặc a2 πD V1 = - (C + 3a + 3a1 + ) 3,14.(0,108) 0, 005 V1 = (0, 024 + 3.0, 003 + 3.0, 003 + ) = 4, 07.10−4 ⇒ (m ) - V thể tích phần rỗng đầu piston phía mặt cắt I-I: V2 = π d2 (C + 3a + 3a1 + d1 = D − 2t = 0,108 − 2.0,004 = 0,1 d2 = d1 −2S = 0,108 − 2.0,008 = 0,09 ` ⇒ V2 = a2 −δ) 3,14.(0, 09) 0, 005 (0, 024 + 3.0, 003 + 3.0, 003 + − 0, 01) = 2,19.10 −4 (m) (m) (m3 ) - V3 thể tích phần rãnh xecmăng phía mặt cắt I-I: V3 = (3a + a2 π ) ( D − d12 ) 0, 005 3,14 ) (0,1082 − 0, 09 ) = 3, 2.10 −5 = 0, 32.10 −4 Thể tích phần đầu piston là: V3 = (3.0, 003 + (m ) ⇒ V = V1 − V2 − V3 = (4, 07 − 2,19 − 0,32).10 −4 = 7, 29.10 −4 = 1,56.10 −4 = 15, 6.10 −5 (m3 ) Khối lượng phần đầu piston là: mI − I = V γ = 15, 6.10−5.2,5.103 = 0, 039 (kg ) * Tính diện tích FI − I tiết diện I-I: ADCT: FI − I = π 3,14 (d1 − d 22 ) = (0,12 − 0, 09 ) = 1, 49.10 −3 4 (m ) * Tính gia tốc lớn piston ADCT: J = Rω ( cos α + λ cos 2α ) 20 20 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Trong đó: - λ trông số kết cấu, λ= R 66 = l 220 = 0.30 R= S 132 = = 66 2 -R bán kính quay trục khuỷu (mm), (mm) - ω vận tốc góc piston (rad/s) xác định theo công thức 2.π n 60 2.3,14.2300 ⇒ω = = 240, 7( rad / s) 60 ω= Từ biểu thức tính gia tốc J ta nhận thấy J đạt giá trị cực đại α = ⇒ cos α = Khi ta có: J max = R.ω (1 + λ ) J max = 66.10−3.240, (1 + 0,30) = 4971 ⇒ σk = (m / s ) mI − I J max 0,39.4971 = = 1,3.106 ( N / m ) = 1,3 −3 FI − I 1, 49.10 ( MN / m ) [ k] Nhận xét thấy k đầu piston thỏa mãn sức bền kéo * Ứng suất nén: Ứng suất nén tiết diện I-I xác định theo công thức: Thay số ta σ = 1,3( MN / m2 ) < σ σn = = 10( MN / m2 ) ⇒ Pz 0, 0745 = = 5.10−5 −3 FI − I 1, 49.10 ( MN / m ) Đối với piston làm hợp kim nhơm ta có σ n = 5.10 ( MN / m ) ⇒ σ n < [σ n ] = 25( MN / m ) đầu piston thỏa mãn điều kiện chịu nén 2.2.3 Tính sức bền thân piston Để kiểm tra xem thân piston có đảm bảo bền khơng ta cần phải tính áp suất nén thân piston lên vách xylanh sau so sánh với áp suất nén cho phép ADCT: −5 K th = N max D.lth 2 ( MN / m ) Trong đó: - K th áp suất tác dụng lên vách xylanh - D đường kính xilanh tính theo (cm) - lth chiều dài thân piston tính theo (cm) lth = H − (C + 3a + 3a1 + a2 ) ⇒ lth = 0.150 − (0, 024 + 3.0, 003 + 3.0, 003 + 0, 005) = 0,103 (cm) 21 21 Khoa :Cơ Khí Động Lưc - N max lực ngang cực đại tính theo sơ đồ hình vẽ sau: Hình 2.4 Sơ đồ tính lực ngang lớn N max = (0,8 ÷ 1,3) P∑ F b Trong : P∑ = Pkt + p j (MN) tính theo đơn vị (atm) Pkt lực khí thể ( Pkt =P = 0,037) z pj =(m1+mnp)j (MN) (N) m1 khối lượng truyền quy dẫn đầu nhỏ m1= 0,33.mtt= 0,3.3= 0,9 mnp = 2,5 Vậy Do pj =(0,9 + 2,5).4971= 16901,4 −6 P∑ = (0, 0745 + 16901, 4.10 ).9,8 = 0,89 π D 3,14.0,1082 = = 0, 00916 4 N max = (0,8 ÷ 1,3) P∑ F b = (0,8 ÷ 1.3).0,89.0, 00916 = 0, 0065 ÷ 0, 0105 Fb = Chọn N max = 0, 010 (kg) (kg) (N) (atm) (Cm2) (MN) (MN) K th = 0,3 = 0, 0,108.0,103 (MN/m2) 22 22 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Nhận xét thấy K th < [ K th ] =0,3– 0,5(MN/m2) Vậy thân piston đảm bảo bền 23 23 ... 16 16 Khoa :Cơ Khí Động Lưc Tính tốn kiểm tra bền cho piston bao gồm việc tính kiểm tra bền cho đỉnh, đầu, thân bệ chốt piston Hình2.1:Kích thước phần piston 2.2.1 Tính sức bền đỉnh piston Trong... Phần II: Tính tốn kiểm tra bền cho Piston …………………………………….13 2.1 Thơng số ban đầu…………………………………………………………… 13 2.2 Tính tốn kiểm tra bền choPiston…………………………………………….14 2.2.1 Tính sức bền đỉnh Piston …………………………………………….14... Piston …………………………………………….14 2.2.2 Tính sức bền đầu Piston ………………………………………………….16 2.2.3 Tính sức bền thân Piston ……………………………………………… 18 2.2.4 Tính sức bền bệ chốt Piston …………………………………………… 19 2.2.5 Tính khe hở Piston xilanh………………………………………….19