Tính Toán Kiểm Nghiệm Bền Thanh Truyền - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.doc) (33 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Giao thông - Vận tải

tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.06 MB, 33 trang )

Trng i hc s phm k thut Hng YờnNhận xét, đánh giá của giáo viên hớng dẫn ngày tháng năm 2013 Giáo viên hớng dẫn Khổng Văn Nguyên Lời nói đầu Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Thiết kế tính toán là một giai đoạn rất quan trọng trong các ngành,cácnghề nht là trong các ngành cơ khí. Trong ngành công nghệ chế tạo ôtô, thiết kế -tính toán là bớc đầu tiên để hình thành nên một sản phẩm hoàn chỉnh.Là một sinhviên chuyên ngành công nghệ chế tạo ôtô , đợc nhận đồ án : tính toán kiểmnghiệm bền thanh truyền , nhận thức đợc tầm quan trọng của giai đoạn này trongquá trình hình thành nên sản phẩm , em đã cố gắng tìm hiểu và hoàn thành tốt nhấtcó thể đồ án đợc giao của mình. Đồ án môn học của em đợc chia ra hai phần chính: Phần một: Tổng quan về cơ cấu thanh truyền Phần hai : Tính toán kiểm nghiệm bền Trong quá trình thực hiện đồ án , tuy đã hết sức cố gắng và nhận đợc sự giúpđỡ nhiệt tình của các bạn, các thầy cô giáo bộ môn trong khoa , nhất là của giáoviên hớng dẫn Khổng Văn Nguyên. Nhng do trình độ còn nhiều hạn chế , chắcchắn trong đồ án của em sẽ không tránh đợc các sai sót. Em mong nhận đợc sự gópý của các bạn, thầy cô giáo trong khoa để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Em xinchân thành cảm ơn! Hng yờn, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực hiện : V Vn LiPhần iKhái quát về cơ cấu thanh truyền1.1. Nhiệm vụ. -Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. - Truyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làmviệc trong quá trình nạp, nén, xả. -Biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trụckhuỷu.1.2. Điều kiện làm việc. Trng i hc s phm k thut Hng Yờn- Thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quántính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.- Trong quá trình làm việc thanh truyền luôn chịu các lực kéo, nén, uốn dọcvà khi đổi chiều chuyển động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang.1.3. Vật liệu chế tạoThanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim với ph-ơng pháp rèn khuôn. Các loại vật liệu nặng cơ tính tốt, sức bền mỏi cao, đảm bảoyêu cầu làm việc.Vật liệu chế tạo thanh truyền - Đối với động cơ ô tô - máy kéo : C40, C45,. . .- Đối với động cơ nhẹ cao tốc : 18XHBA, 18XH3A . . .- Đối với động cơ tàu thủy tĩnh tại tốc độ thấp : C35, C40, 40X . . .1.4. Kết cấu Thanh truyền. 1: Bạc đầu nhỏ 2: Đầu nhỏ thanh truyền 3: Thân thanh truyền 4: Bulông bắt nắp đầu to 5: Nửa trên thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh truyền 7: Nửa dới thanh truyền Hình 1.1 Kết cấu của thanh truyền- Ngời ta chia kết cấu thanh truyền thành các phần: + Đầu nhỏ thanh truyền.+ Đầu to thanh truyền.+ Thân thanh truyền. + Bu lông thanh truyền. + Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền. Sau đây ta xét từng thành phần cụ thể:a. Đầu nhỏLà bộ phận để lắp chốt píton, nó có cấu tạo hình trụ rỗng bên trong có bạc lótcó khoan lỗ dầu để bôi trơn. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớcvà phơng pháp lắp ghép và có lắp bạc bằng đồng Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyềnTrng i hc s phm k thut Hng YờnTrong các hình trên (1.2a,b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ ôtôhiện nay vì khả năng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc lót. Hoạtđộng đồng đều.b. Thân thanh truyềnLà phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền. Kích thớc thân thanh truyền thờng thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đếnđầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyềnHình 1.3. Các loại tiết diện thân thanh truyền+ Hinh 1.3a thân có tiết diện tròn , Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I+ 1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, Hình 1.3e thân có tiết diện hình elipCó nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I. Tuy nhiênhiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến trên động cơôtô và xe du lịch bởi tính bền và tính tiết kiệm vật liệu.Chiều dài thanh truyền đợc tính toán dựa vào công thức = R/lc. Đầu to thanh truyềnKết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau:+ Có độ cứng vững lón để đảm bảo bạc lót ko bị biến dạng.+ Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu.+ Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn để tăng cứng vững+ Dễ dàng thao lắp cụm piston thanh truyền với trục khuỷu. Đầu to lam 2nửa nửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to.1.5. Bạc thanh truyền. Hình 1.4. Kết cấu cố định bạc lót đầu to thanh truyền 1. Vấu lỡi gà định vị 2. Bạc lótTrng i hc s phm k thut Hng Yờna) Bạc đầu nhỏ.Khi lắp chốt piston xoay tơng đối với đầu nhỏ thanh truyền thì trong đầu nhỏcó ép vào 1 bạc đồng mỏng dày 14mm để giảm ma sát, chống mòn. Bạc đợc épvào lỗ rồi doa lại cho chính xác.b) Bạc đầu to.Bạc đầu to lắp giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu. Bạc gồm 2 nửa giống nhau có gờ chống xoay và thờng có rãnh dẫn dầu bôi trơntrong bạc và khoan lỗ dẫn dầu. 1.6 Bu lông thanh truyền. a) Chức năng.Bu lông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó cóthể ở dạng bu lông hay vít cấy (gugiông), b) Điều kiện làm việc.Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu, lực quán tínhcủa nhóm piston thanh truyền có tính chu kỳ.c) Vật liệu chế tạo. Bu lông thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép hợp kim có các thànhphần crôm, mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh truyềncó hàm lợng kim loại quí càng nhiều.d) Kết cấu. Hình 1.5: Một dạng kết cấu của bu lông và gugiông 1.5a : bu lông thanh truyền 1.5b: gugiông thanh truyền- Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nốibằng bu lông ( hình 1.5a) và gugiông (hình 1.5b)- Bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sức bền mỏi.- Nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren Trng i hc s phm k thut Hng YờnPhần IITính toán kiểm nghiệm bền2.1.Các thông số2.1.1.Thông số cho trớcLoai động cơ : Động cơ diezel không tăng ápKiểu động cơ ; một hàng Công suất động cơ : 30mlSố vòng quay động cơ ; 2600 (vòng/phút)Suất tiêu hao nhiên liệu : 210( g /ml.h) Số kỳ : 04Đờng kinh xilanh : 95 (mm)Hanh trinh piston : 100( mm)Số xilanh : 03Chiều dài thanh truyền : 155 (mm)Khối lợng nhóm piston : 0,84 (kg)Khối lợng thanh truyền : 1.34(kg).áp suất khí thể : 6,2 (Mpa)2.1.2. C ác thông số tính toán-Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ Diesel 3 xy lanh thẳng hàng. Với đờng kính xilanh xlD= 95 (mm) + Đờng kính chốt piston (dcp): dcp = (0,3ữ0,45)D (bng 16- trang 51) ; Chọn dcp = 0,32D dcp = 0,32.95 = 30,4(mm) + Đờng kính bệ chốt (db):da vo bng 16 trang 51 ta cú db = (1,3ữ1,6)dcp; Chọn db = 1,45 dcp db = 1,45.30,4 = 44,08 (mm) + Đờng kính lỗ trên chốt (d0): da vo bng 16 trang 51 ta cú d0 = (0,6ữ0,8) dcp; Chọn d0 = 0,7 dcp d0 = 0,7. 30,4 = 21,28 (mm)+ Chiều dày bạc lót = (0,08-0,085)dcp (trang 81) Chọn = 0,08 = 0,08.30,4= 2,432 (mm)+ Khe hở hớng kính bạc lót và chốt pittông: =(0,0004-0,0015)dcp trang82 = 0,001.dcp = 0,001.30,4 = 0,0304 (mm) Trng i hc s phm k thut Hng YờnGọi r1 là bán kính trong đầu nhỏ thanh truyền: r1=( dcp/ 2)+ + = (30,4/2)+2,432+0,0304 = 17,6624 (mm)Gọi r2 là bán kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền: r2 = 1,3.r1= 1,3.17,6624 = 22,96112 (mm) Ta có : 12rr = 6624,1796112,22=1,3 < 1,5. đầu nhỏ là loại đầu mỏng+ Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền = 0,28.Dxl = 0,28.95= 26,6 (mm) trang 83 ti liu hdtttk + Đờng kính trong đầu to thanh truyền D1 D1 = dck +2.( '1 + '2+ )3+ Với: dck: Đờng kính chốt khuỷuĐối với động cơ Diesel 1 hàng dck = (0,6ữ0,7)D ; chọn dck = 0,65.D D: Đờng kính xy lanh; D = 95 (mm) dck = 0,65.95 = 61,75 (mm) '1: Chiều dày vỏ thép bạc lót; '1 = (0,03ữ0,05) dckTi liu trang 96 Chọn '1 = 0,04. dck '1 = 0,04.61,75= 2,47(mm) '2: Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu; '2 =(0,0045ữ0,0015) dckChọn '2 =0,005. dck '2 =0,005.61.75= 0,308 (mm) ti liu trang 96 '3: Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn; '3 = (0,4ữ0,7) (mm) ti liu trang 94 Chọn '3 = 0,5 (mm)D1 = 61,75+ 2.(2,47+ 0,308 + 0,5) =68,306 (mm) + Đờng kính ngoài đầu to thanh truyền D2 Ta có: 12DD< 1,5 ; Chọn 12DD = =1,3 ti liu trang 105 D2= 1,3. D1=1,3.68,306 = 88,7978 (mm) + Chiều dài đầu to = (0,45 0,85 ) .dck chọn =0,665. dck =0,665.61,75=41,06375 (mm)2.1.3. Khối lợng nhóm thanh truyền+ Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=(0,275-0,35)mtt Trng i hc s phm k thut Hng YờnChọn m1=0,312.mtt. Vậy m1=0,312. 1,34= 0,41808 (kg). +Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền.m2=0,6875.mtt=0,6875. 1,34=0,92125 (kg). 2.2. Tính toán kiểm nghiệm bền2.2.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:- Lực quán tính của nhóm piston.- Lực khí thể.- Lực do biến dạng gây ra.- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụdo lắp ghép bạc lót có độ dôi gây nên. Các lực trên gây ra ứng suất: uốn, kéo, nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền. Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thờng tính ở chế độ công suất lớn nhất. Nếu động cơcó bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ này cũng là tínhtoán ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ. Nếu không có bộ phận giớihạn số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể vợtquá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne=25% ữ 30% tức là: Nmax =(1,25 ữ 1,30) nTa có bảng thông số: Thụng s ng c Dieselng kớnh ngoi bc d1(1,1-1,25)dcpng kớnh ngoi d2(1,25-1,65)dcpChiu dy u nh ld(0,28-0,32)DChiu dy bc u nh(0,055-0,085)dcp Trng i hc s phm k thut Hng YờnHình 2.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyềna. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéoTính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí ngàmlà chỗ chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc bằng. (11-4-trang106) Trong đó: bán kính trong của đầu nhỏ :2H = r1=17,6624 (mm) bán kính ngoài đầu nhỏ; r2 =1,3.r1=1,3.17,6624 =222,96112 (mm) H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ. 1: Bán kính góc lợn nối đầu nhỏ với thân thanh truyền chọn theo hệ số thcnghiệm. Đối với thanh truyền có bán kính ngoài đầu nhỏ là 22,96112 (mm) thì chọn130 (mm) là bán kính trung bình đầu nhỏ Ta có:=31176,20296112,226624,17221=+=+ rr (mm). Thay vào (2-1):001343096112,2231176,206624,17arccos90 =+++= -Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thay thế bằngcác lực pháp tuyến và mô men uốn NA, MA- Khi lắp bạc lót vào đầu nhỏ, bạc lót và đầu nhỏ đều biến dạng.Mô men uốn Mj và lực kéo Nj ở tiết diện bất kỳ trên cung AA BB MA = pj .)0297,000033,0( ( MNm) NA = pj .)0008,0572,0( (MN) (11-7-tr107) Giá trị của trong hai biểu thức trên tính theo độ. 1202arccos90+++=rHTrng i hc s phm k thut Hng YờnTrong đó:pj : Lực quán tính của nhóm pistonTa có : pj = mnp.R. 2.(1+) (tr 106)Trong đó: mnp:Khối lợng nhóm piston. mnp= 0,84 (kg) : Tham số kết cấu; =R/l=S/2l=100/2.155= 0,3226 = 30.Nn: Vận tốc góc ứng với số vòng quay định mức của động cơ (nN)áp dụng công thức: nN = 'maxen (vòng/phút)Vi: Đối với động cơ Xăng = 0,7ữ0,8 , chọn = 0,75346675,02600==Nn (vòng/phút) = 30.Nn=303466. 363 (rad/s)R=S/2=100/2= 50 (mm)Thay vào (2-3) : pj = 0,75.50.103.3632.(1+ 0,3226) = 6535,412(N)=0,06535412 (MN)Do ó :MA=0,06535412.20,31176.103.(0,00033.1340- 0,0297) = 0,19.10-6 (MNm) NA =0,06535412.(0,572 0,0008. 1340) = 0,03037 (MN)- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầu nhỏ là lực phân bố có giá trị là: q = =2jP6,110.31176,20.206535412,03= (MN) Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị : Trng i hc s phm k thut Hng YờnHình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéoDựa vào sơ đồ đó, ta có thể xác định các đại lợng mô men uốn và lực kéo tại tiếtdiện bất kì của dầm cong. Dầm cong bao gồm hai cung: cung có lực phân bố ()90(0x)và cung có lực phân bố )90(0x.- Khi )90(0x ta có :Mômen un: Mj =MA+NA(1cosx)-0,5.Pj.(1-cosx) (11-5 trang 106) Lực kéo: Nj = NAcosx+0,5Pj (xcos1) (11-5 trang 106)- Khi )90(0x ta có :Mô men uốn : Mj = MA + NA)cos(sin5,0)cos1(xxxPj (11-6 trang 106)Lực kéo: Nj = NAcosx+0,5Pj (xxcossin ) (11-8 trang 107)Từ các biểu thức (11-5) và (11-6), ta thấy Mj và Nj trên cung BC (090x) có giá trị lớnhơn, tiết diện nguy hiểm là tiết diện ngàm C - C.Nh vậy mô men uốn và lực kéo tại tiết diện ngàm C -C bằng : Mjc = MA + NA (1-cos) - 0,5Pj. (sincos) Njc = NAcos + 0,5PJ(sincos)Thay MA, NA , , , và PJ vào (2-6) ta đợc:Mjc=0,19.10-6+0,03037.20,31176.103(1-cos134)-0,5.0,06535412.20,31176.10-3.(sin134-cos134) = 1,07.10-4 (MN.m)Njc=.0,03037cos134+0,5.0,06535412. (sin134- cos134)=0,0251 (MN) Trng i hc s phm k thut Hng YờnDo có ép bạc lót đầu nhỏ nên có sự biến dạng đồng thời của đầu trục và bạc lót, trong đóđầu nhỏ bị biến dạng kéo, còn bạc lót chịu biến dạng nén. Do vậy phần của lực kéo đó,đặc trng bằng hệ số , tức là : Nk = JNHệ số phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết mối ghép (bạc lót và đầu nhỏ) và đợc xácđịnh bằng biểu thức: bbddddFEFEFE+= (11-9 trang 107)Trong đó: Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; Ed = 2,2.105 (MN/m2) Eb : Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót; Eb = 1,15. 510 (MN/m2) Fd: Tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền Fd = l1d.(d2- d1) (m2) + Với: d1:Đờng kính trong đầu nhỏ; 1d= 34,96 (mm) l1d: Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền; l1d=0,28.D= 0,28.92= 26,6 (mm) d2: Đờng kính ngoài đầu nhỏ; d2 = 45,448 (mm) dF=26,6.(45,448 34,96)=2,7898. 10-4 (m2) Fb : tiết diện dọc của bạc lót. Fb = ld1.(d1- dcp)=26,6.10.-3(34,96.103- 30,4.103) =1,21296.10-4 (m2) Vi dcp=0,32.D=0,32.95=30,4(mm).Thay s vo ta c :110.21296,1.10.15,110.7898,2.10.2,210.7898,2.10.2,2454545+=Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ trong trờng hợp có ép bạc lót sẽ là: Trên mặt ngoài : slNsssMdJjnj11])2(62[+++= (11-11-trang 107) s là chiều dày đầu nhỏ: s= r2-r1=22,96112 - 17,6624= 5,29872 (mm)Thay vào (2-8 ) ta đợc:3333333410.29872,5.610,261]0251,0.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,,510.29872,510.31176,20.6.10.07,1.2[+++=nj =971,578 (MN/m) Trên mặt trong : slNsssMdJjtj11])2(62[+= (11-12 trang107)Thay s vo ta c : Trng i hc s phm k thut Hng Yờn3333333410.29872,5.10.6,261]0251,0.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,510.29872,510.31176,20.610.07,1.2[+=tj= = -767,510 (MN/m) Hình 2.3: ứng suất trên mặt trong và mặt ngoài của đầunhỏ thanh truyền khi chịu kéo.Nếu giá trị Mj , NJ đợc tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta xẽ tính toánđợc ứng suất tại các tiết diện đó biết đợc quy luật phân bố ứng suất trên mặt ngoài và mặttrong của đầu nhỏ b. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu nén.Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền là hợp lực của lực khí thể và lực quántính của khối lợng piston. P = Pkt + Pjp = pz .Fp + Mnp.R2 (1 + ) ( trang108) Trong ó Fp : Diện tích đỉnh piston; Fp ===495.422D 7084,625 (mm2) P = 6,2.7084,625 .106+ 0,84.47,5.103.3362(1 + 0,3226) = 5957,762 (MN)Theo Kinaxotsvili, lực P gây ra phân bố trên đầu nhỏ theo quy luật đờng cong cosinuyt q = cosP2 (2-11)Ta cũng coi đầu nhỏ nh một dầm cong nh đã nói ở phần trên và do tính chất đối xứng tacắt bỏ đi một nửa tiết diện A -A, thay vào đó bằng các lực và mô men tơng ứng NA, MA.Tra bảng trang 202 sách Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong ĐHBKVới: = 1340 thì: Trng i hc s phm k thut Hng Yờn PNA= 00030 =PMA0,00110 NA= 0,0030.P= 0,0030.5957,762 = 17,8732 (MN) MA = 0,00110. P..= 0,0011.5957,762.20,31176 .103= 0,1331 (MN.m) Hình 2.4: Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền.Mô men uốn và lực pháp tuyến (lực kéo) trên cung AB (090x) là: Mz1 = MA + NA)cos1(x (11-14 trang109) Nz1 = NA cosxChọn x= 600 Mz1 = 0,1331+ 17,8732.20,31176.103.(1 - cos600) = 0,3146 (MN.m) Nz1 =17,8732. cos600= 8,9366 (MN)Và trên cung BC (090x ) là: Mz2 = MA + NA.)cos1sin2sin()cos1(xxxxxP (11-15trang109) Nz2 = NA.)cos1sin2sin(cosxxxxxP +Trong công thức trên x tính theo radian, chọn x= 3.2 (rad) Mz2=0,1331+17,8732.20,31176.103(1-cos3.2)- Trng i hc s phm k thut Hng Yờn - 5957,762.20,31176.103.(32cos.132sin32232sin)= 37,4136 (MN.m)Nz2=17,8732.cos3.2+5957,762.20,31176.310.(32cos.132sin32232sin)=-45,664MN) Nh đã tính ở trên, do lắp ghép căng bạc lót trên đầu nhỏ, nên lực pháp tuyến tác dụng trênđầu nhỏ mà không phải là toàn bộ NZ chỉ là một phần của NZ tức là .ZNứng suất tổng gây ra trong đầu nhỏ khi chịu nén là: Trên mặt ngoài : SlNsssMdZznz11])2(62[+++=Trên mặt trong : SlNsssMdzztz11])2(62[+= Thay giá trị MZ, NZ bằng MZ1, MZ2, NZ1, NZ2 theo biểu thức (11-14) và (11-15), ta sẽ tìmđợc ứng suất tại tiết diện bất kỳ trên mặt trong và mặt ngoài của đầu nhỏ và ta vẽ đợc biểuđồ ứng suất trên đầu nhỏ. (Hình 2.5). 1nz=[2.0,3146.9366,8.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,510.29872,510.31176,20.633333+++] .= 3310.29872,5.10.6,261 2,39.106 (MN/m2)2nz=[2.37,4136.664,45.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,510.29872,510.31176,20.633333+++]. .= 3310.29872,5.10.6,261 277,78. 106 (MN/m2)1tz=[-2.0,3146.9366,8.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,510.29872,510.31176,20.633333+] .= 3310.29872,5.10.6,261 -2,716815 .106 (MN/m2) 2tz=[-2.37,4136.664,45.1)10.29872,510.31176,20.2.(10.29872,510.29872,510.31176,20.633333+]. .= 3310.29872,5.10.6,261 -330,311. 106 (MN/m2) Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Hình 2.5. ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nénTừ biểu đồ đó, ta thấy: ứng suất lớn nhất tại ngàm (tiết diện C -C ) tức là tại vị trí =x.c. ứng suất biến dạng.ứng suất biến dạng gây ra do sự biến dạng vì dãn nở nhiệt và vì lắp ghép có độ dôi giữalót đầu nhỏ và đầu nhỏ thanh truyền.Độ biến dạng của đầu nhỏ khi chịu nhiệt độ là: 1.)( dtttbt= (trang111)Trong đó :t: Nhiệt độ trung bình của bạc lót khi làm việc. t = 100 140 0C , chọn t = 1200Cttb, : Là hệ số nở dài của bạc lót và đầu nhỏ.510.8,1=b (vật liệu bằng đồng).510.1=tt (vật liệu bằng thép).0335,096,34.120).10.110.8,1(55==t(mm)Nếu độ dôi khi lắp ghép bạc đầu nhỏ thanh truyền là thì áp suất trên mặt cong của đầunhỏ sẽ là: P = ][221221212221221bbbntEddddEdddddàà+++++ ( MN/m2 ) (11-18 )Trong đó:d2:đờng kính ngoài của đầu nhỏ (mm); d2 = 45,448 (mm)db: Đờng kính trong của bạc lót (mm);db = 44,08 (mm)d1: Đờng kính trong đầu nhỏ; d1 = 34,96 (mm)Ett , Eb : mô đun đàn hồi của vật liệu thanh truyền và bạc lót. Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Ett = 2,2.105 MN/m2; Ett = 1,15.105 MN/m2P =.]10.15,13,05,2921,345,2921,3410.2,23,021,3447,4421,3447,44[21,34033,010.952222522223+++++ 14 (MN)ứng suất biến dạng theo công thức Lame:ứng suất bên ngoài mặt đầu nhỏ : 2122212dddpn= (MN/m2 ) (2-16) 88,40)10.21,34()10.47,44()10.21,34.(214232)323==n (MN/m2 )ứng suất trên mặt trong: 21222122ddddpt+= (MN/m2 ) (2-17) 34,69)10.21,34()10.47,44()10.21,34()10.47,44(.1423232323=+=t (MN/m2 )ứng suất biến dạng cho phép có thể đạt đến 100 250MN/m2d. Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền.Do ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền thay đổi theo chu trình không đối xứng. Vì vậy hệsố an toàn đợc tính theo công thức: ma+=1 (2-18)Trong đó: 2minmax=a (2-19) 2minmax+=m (2-20) = 0012 (2-21)Tính toán cho tiết diện nguy hiểm (tiết diện ngàm C -C ) và trên mặt ngoài nên: Trng i hc s phm k thut Hng Yờn nAnj+=max nAnz+=min+ Với: nj: ứng suất kéo trên mặt ngoài đầu nhỏ; nj = 12995,25 (MN/m2) ứng suất biến dạng trên mặt ngoài đầu nhỏ; n = 40,88 (MN/m2) ứng suất tổng gây ra trên đầu nhỏ khi chịu nén; nz = 38,514.106 ( MN/m2) 6max10.514,3825,12995+= = 38,53. 106 (MN/m2) =+=6min10.514,3888,40 38,51. 106 (MN/m2)Thay vào (2-19) và (2-20) ta đợc:==210.51,3810.53,3866a 104 (MN/m2) =+=210.51,3810.53,3866m 38,52. 106 (MN/m2) 1: Giới hạn bền mỏi trong chu trình không đối xứng, với vật liệu thép 0: Độ bền kéo. ( tra bảng 7-2 trang 191, sách thiết kế Chi tiết máy -Nguyễn Trọng Hiệp,Nguyễn vănlẫm) ta đợc 1= 600(N/mm2) ; 0 = 850 (N/mm2) =41,0850850600.2=Thay các kết quả tính đợc vào (2-18) ta đợc: 8,3)41,0.(10.52,381010.600645=+= Thỏa mãn điều kiện hệ số an toàn trong khoảng 2,5 -5. e. Độ biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền.Độ biến dạng đợc xác định theo biểu thức nghiệm sau đây. EJdPtbjnp320310)90( = (2-22)Trong đó: J : mô men quán tính tiết diện dọc đầu nhỏ: J=1231Sld ( MN/m4 ) Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Với: l1d:Chiềudài đầu nhỏ thanh truyền; l1d=25,76 (mm) s: Chiều dày đầu nhỏ; s =5,132 (mm) J=12)10.132,5.(10.76,25333 =11.109 ( MN/m4 ) Pjnp: Lực quán tính của khối lợng nhóm piston Pjnp = mnp.R.2.(1 + ) Pjnp =0,75. 46.103.5312(1 + 0,267) = 12,325. 103 (MN)Thay vào (2-22) ta đợc: ==9532009310.11.10.2,2.10)90135(10.34,39.012325,0 21,75.105 (m)Thỏa mãn điều kiện đối với động cơ ô tô máy kéo, khe hở lắp ghép giữa chốt pistonvà bạc lót thờng trong khoảng 0,04 0,06 mm, nên yêu cầu 03,002,0 (mm)2.2.2 . Tính sức bền thân thanh truyền. Tính thân thanh truyền thờng đợc tính toán ở các tiết diện: tiết diện nhỏ nhất (chỗtiếp giáp giữa thân thanh truyền với đầu nhỏ), tiết diện trung bình và tiết diện tính toán.Tiết diện nhỏ nhất chịu nén do tác dụng của hợp lực khí thể và lực quán tính vận độngtịnh tiến.Tiết diện trung bình chịu nén và uốn dọc cũng do các lực trên.Tiết diện tính toán chịu nén và uốn ngang do lực quán tính vận động lắc của thanh truyền.Tính toán thờng đợc tiến hành ở chế độ công suất lớn nhất.Ngoài việc tính toán trên còn phải kiểm tra độ ổn định khi uốn dọc của thân thanh truyền.a.Tính tiết diện nhỏ nhất (tiết diện I-I) ứng suất nén : minFPn= (2-23)Trong đó: P: Lực nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền; P=12324,96 (MN) Fmin: Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền -tiết diện I-IFmin = H1.B1 - h1.21bTrong đó: H1=2.r1=34,21(mm); h1=0,668.H1=22,85 (mm); b/2=0,292H1=9,99 (mm) B1=0,75H1=25,66 (mm) Fmin =34,21.10-3.25,66.10-3 22,85.9,99.10-6 = 0,65.103 (m2) Trng i hc s phm k thut Hng YờnThay vào (2-23) ta có: 6310.1910.65,096,12324==n (MN/m2)ứng suất kéo do lực quán tính của nhóm piston và khối lợng đầu nhỏ thanh truyền đợc xácđịnh theo biểu thức sau đây. minFPjdK= (MN/m2) (2-24)Trong đó : Pjd = (mnp + m1).R.2.( 1+) Trong đó: mnp=0,75(kg); m1 là khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=(0,275-0,350)mtt Pjd = (0,75 + 0,312). 46.103.5312(1 + 0,267) = 17452,1 (MN)Thay vào (2-24) ta đợc: 6310.85,2610.65,01,17452==k (MN/m2)Hệ số an toàn bền ở tiết diện nhỏ nhất. )()(21knkn++= (2-25) =++=66510)85,2619)(41,0(10)85,2619(10.600.2 11Hệ số an toàn d thờng nằm trong khoảng 2,0 3,0 vậy hệ số an toàn đã tính càng đảmbảo vì nó có hệ số an toàn cao hơn.b.Tính ở tiết diện trung bình (tiết diện II-II).Tính ở tiết diện trung bình, thân thanh truyền chịu ứng suất kéo, nén, uốn dọc.- ứng suất kéo do lực quán tính của khối lợng nhóm piston và khối lợng thanh truyền nằmphía trên tiết diện trung bình. ứng suất kéo đợc xác định theo biểu thức sau : tbjtbKFP= (MN/m2 ) (2-26).Trong đó: Pjib = (mnp + Mtb)R)1(2+ (MN) (2-27).Mtb : khối lợng của thanh truyền nằm phía trên tiết diện trung bình Ftb. Do Mtb < 21.mtt nên để đơn giản tính toán mà vẫn thoả mãn công thức (2-26) Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng Yên H×nh 2.6: S¬ ®å tÝnh to¸n th©n thanh truyÒn⇒ Pjib = (0,75+0,312).46.103−.5312.(1+0,267)= 16,7.103 (MN)Ftb: tiÕt diÖn trung b×nh cña th©n thanh truyÒn, lÊy Ftb= 2minmaxFF + Víi: Fmin= 0.65.103− (m2): TiÕt diÖn nhá nhÊt cña th©n thanh truyÒn Fmax=H2.B2-h2.22b=44,47.103333310.1,110.98,12.10.71,2910.4,33.−−−−−=− (m2)H2=44,47 22b=0,292 H2= 12,98 (mm)B2=0,75.H2=0,75.44,47=33,4 (mm)h2=0,668. H2=29,71 (mm)⇒Ftb=33310.875,0210.1,110.65,0−−−=+ (m2)Thay vµo (2-26) ta ®îc: 09,1910.875,016,7.103-3==−Kσ (MN/m2 ) Trng i hc s phm k thut Hng Yờnứng suất nén và uốn dọc do lực tổng P của lực khí thể và lực quán tính chuyển động tịnhtiến, đợc xác định theo công thức Nave Răngkin. += PEJmLFPytb.220 = )1()1(2202220miLCFPimLFPtbytb+=+ ( MN/m) (2-28)Trong đó: P=(mnp + m1 )R)1(2++pZFtb (MN) m1: khối lợng của thanh truyền quy về đầu nhỏ, các loại động cơ thờng có m1=(0,275-0,350)mtt PZ : áp suất khi thể. PZ = 3,89 (MPa) J: mô men quán tính của tiết diện thân thanh truyền. P=(0,75+0,312). 46.103.5312(1 + 0,267) + 3,89.0,875.10-3 =17254,92 (MN)Đối với trục x - x ta có: Jx = 1233bhBH (m4) (2-29)Đối với trục y- y ta có: Jy = 12)()(33bBhBhH + (m4) (2-30) H=3,39210.47,4410.21,3423321=+=+HH.103 (m) B=0,75.H= 29,5.10-3 (m) b=32110.97,223,1792=+=+ bb (m) h=3332110.28,26210.71,2910.85,222=+=+ hh (m)Thay vào (2-29) và (2-30) ta đợc:Jx=693393310.193,01210.28,26.10.97,2210.3,39.10.5,29= (m4)63333933310.048,012)10.97,2210.5,29.(10.28,2610.5,29).10.28,2610.3,39(=+=yJ(m4- I : là bán kính quán tính của tiết diện.Đối với trục x-x ta có:Ix = tbxFJ Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Ix = 3610.875,010.193,0=0,013 (m) Đối với trục y y ta có: Iy = tbyFj Iy = 3610.227,110.048,0875,0=0,0057 (m)Trong đó::y giới hạn đàn hồi của vật liệu.L0: Chiều dài biến dạng của thân thanh truyền khi chịu uốn dọc.m : Hệ số xét đến ngàm chịu lực của thân thanh truyền khi uốn dọc:khi uốn trong mặt phẳng lắc của thanh truyền (uốn quanh x-x )ta có: Lo = l ; m = 1Khi uốn dọc trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng lắc (uốn quanh y-y) ta có: Lo = ll ; m = 4.ở đây: lI = l - 211dD ( m) l : chiều dài thanh truyền D1, d1 : Đờng kính trong đầu to và đầu nhỏ; D1= 66,182(mm), d1=34,21 (mm)l = 172(mm) l1= 172 - 221,34182,66 = 156,014 (mm)C : Hệ số đặc tính của vật liệu C = 2.10-4 5.10-4 Chọn C = 3.10-4Nh vậy, ứng suất tổng do nén và uốn dọc trong mặt phẳng lắc tại tiết diện trungbình sẽ là: xtbxtbxkFPilCFP.)1.(22=+= (2-31)Tơng tự trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng lắc. ytbytbykFPilCFP=+= )41(22 (2-32)Trong đó: Kx = 1 + C.22xil Kx= 1 + 3.10-4037,1013,010.172262= Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Ky = 212.1yilC+ Ky = 1 + 3.10-42620063,010.172 =1,127Thay vào (2-31) và (2-32) ta đợc: 15037,1.10.875,0012325,03=x (MN/m2 ) 5,15127,1.10.875,0012325,03==y (MN/m2 ) Thỏa mãn ứng suất cho phép của thân thanh truyền nh sau:- Đối với thanh truyền thép các bon : 80 100 (MN/m2 )c.Tính ở tiết diện tính toán. Tại tiết diện tính, ta xét ứng suất tổng do nén và uốn ngang.Trớc hết, ta hãy xét lực quán tính vận động lắc của thân thanh truyền gây ra uốn ngang Hình 2.7. Sơ đồ tính ởtiết diện tính toánLực quán tính lắc của mộtphân tố thân thanh truyềncách tâm lắc (tâm đầu nhỏ) một khoảng x xẽ là: dP = - dm.x.u( phơng trình vi phân lựcquán tính )Trong đó:dm: khối lợng phân bố. dm = F.dx. F : tiết diện ngang thân thanh truyền .u: gia tốc lắc của thanh truyền ( Đã nêu trong phần động lực học của cơ cấu trục khuỷuthanh truyền ). 232222)sin1(sin)1(uDo đó: dP = - F.px.dxu. Trng i hc s phm k thut Hng YờnTích phân trong khoảng chiều dài thanh truyền ta đợc quán tính lắc: P = - Fu=022lFxdxuĐể xác định điểm đặt của lực P, ta dùng phơng trình cân bằng: Pa = ==1010323lFdxxFdPxuuThay P vào và ta rút ra: l32=Nh vậy, ta thấy quy luật phân bố lực quán tính theo quy luật tam giác vì lực phân tố tỷ lệbậc nhất với x. Do dó, lực quán tính lắc P gây ra hai phản lực gối đầu nhỏ và gối đầu to là: Rn = P31 và Rt = P32Mô men uốn tại tiết diện cạnh đầu nhỏ một khoảng x sẽ là: Mu = Rnx 21Fp22xux = 31Fp22lu - 31Fp22xux =61Fpu[ ]32xxl Vị trí có mô men uốn cực đại (vị trí tiết diện tính toán) sẽ là vị trí có đạo hàm triệt tiêu tứclà: 0=xuddMDo đó ta có: l2 - 3x2 = 0 x = 310.17233=l= 0,083Thay giá trị x và maxuvào Mu, ta tìm đợc mô men uốn lớn nhất nh sau:Mumax = 391mt R2l2Trong đó: mt là khối lợng ứng với một đơn vị chiều dài thanh truyền. Theo tính toán ở phần trên tathấy phần thân với chiều dài h = 116,1 (mm) có khối lợng là :m = 41688.tt = 41688.6,852.106=0,28 (tra theo bảng ) (kg) mt = 89,110.17228,03= (kg/m)Nếu đặt:

Tài liệu liên quan

• Thiết kế, tính toán, kiểm nghiệm độ bền giá chuyển hướng toa xe khách
  • 6
  • 2
  • 71
• Tính toán kiểm nghiệm độ bền toa xe giường ngủ
  • 94
  • 674
  • 6
• Tính toán kiểm nghiệm động cơ утд-20 trên xe chiến đấu bộ binh BMP-1 ở chế độ mô men khi hoạt động mùa đông tại vùng núi phía bắc
  • 48
  • 1
  • 2
• Thiết kế và tính toán ôtô tính toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu
  • 31
  • 1
  • 12
• Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston động cơ diezel không tăng áp
  • 25
  • 1
  • 10
• Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston
  • 29
  • 4
  • 57
• tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền
  • 33
  • 5
  • 76
• tính toán kiểm nghiệm động cơ zil-130
  • 28
  • 1
  • 9
• Đồ án tính toán kiểm nghiệm động cơ 3 pha (TOYOTA LANCRUISER) ở chế độ mô men xoắn lớn nhất (memax = 300 KW n = 3000 vg ph) luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp
  • 55
  • 734
  • 0
• Báo cáo khoa học: "Tính toán Kiểm nghiệm thông gió làm mát cho trạm phát điện dự phòng cummins 3530 KVA" docx
  • 7
  • 980
  • 25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.1 MB - 33 trang) - tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền Tải bản đầy đủ ngay ×