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

Tải bản đầy đủ (.docx) (29 trang)

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

Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (922.49 KB, 29 trang )

Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Nhận xét, đánh giá của giáo viên hớng dẫn Hng Yên, ngày tháng năm 2013. Giáo viên hớng dẫn Khng Vn NguyờnLi núi uTrên thế giới không chỉ ở các nớc phát triển ôtô đã đóng vai trò hết sức to lớntrong mọi lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Với xu thế hội nhập ngày nay khi đấtnớc ngày càng phát triển và tiến trình CNH-HĐH đất nớc đang diễn ra mạnh mẽôtô càng phát huy tầm quan trọng của mình trong mọi lĩnh vực giao thông, vận tảixây dựng và sản xuất.1 SVTH :V Vn Li Lp :LK81Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Sau khi học xong môn thiết kế tính toán ôtô với đề tài đợc giao Tính toán vàkiểm nghiệm bền cho thanh truyền.Trong quá trình thực hiện đề tài đợc sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầycô giáo trong khoa đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn Khổng Văn Nguyên đến nay emđã hoàn thành đề tài này với các nội dung sau:a. Mô tả khái quát về thanh truyền.b. Xác dịnh các thông số cần thiết.c. Tính toán kiểm nghiệm bền. Mặc dù trong thời gian thực hiện đề tài bản thân chúng em đã nỗ lực tìm kiếmtài liệu chuyên nghành, vận dụng các kiến thức đã học và kinh nghiệm bản thânsong với khả năng, trình độ cũng nh kinh nghiệm còn ít nên chắc chắn không thểtránh khỏi những hạn chế và thiếu sót vì vậy em rất mong nhận đợc sự đánh giánhận xét của các thầy cô trong khoa và các bạn sinh viên để đề tài của em đợc hoànthiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo trong khoa Cơ Khí Động LựcTrờng ĐHSPKT Hng Yên. Em chân thành cảm ơn! Hng Yờn, ngày tháng năm 2013Phần I: Tổng quan về cơ cấu thanh truyền1.1. Nhiệm vụ.Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụtruyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việctrong quá trình nạp, nén, xả. Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thànhchuyển động quay của trục khuỷu.1.2. Điều kiện làm việc.- 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.2 SVTH :V Vn Li Lp :LK82Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyềnTrờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 1.4. Kết cấu Thanh truyền. 1: Bạc đầu nhỏ2: Đầu nhỏ thanh truyền3: Thân thanh truyền4: Bulông bắt nắp đầu to5: Nửa trên thanh truyền6: Bạc đầu to thanh truyền7: 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. Trong 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 truyền3 SVTH :V Vn Li Lp :LK83Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 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 elip,Có 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 làm 2 nửanửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to.Kích thớc đầu to phụ thuộc vào chốt khuỷu.Để tăng độ cứng vững của trụckhuỷu ngời ta sử dụng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằngcách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục 4 SVTH :V Vn Li Lp :LK8Hình 1.4. Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền.1. Vấu lỡi gà định vị2. Bạc lót4Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 1.5. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền.Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (hình 1.5)(Hình 1.5a,b) là phổ biến nhất vì nó tăng đợc tiết diện của thanh truyền, tăngđờng kính của trục cơ, dễ tháo lắp.1.5. Bạc thanh truyền.a) 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.5 SVTH :V Vn Li Lp :LK85Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 1.6. Một dạng kết cấu của bu lông và gugiông 1.6a bu lông thanh truyền 1.6b gugiông thanh truyền- Nh đã trình bày ở trên , hai nửa đầu to thanh truyền có thể đợc ghép nối bằngbu lông ( hình 1.6a) và gugiông (hình 1.6b)- Bố trí phân đoạn và thắt vào một ít để tăng sứcbền mỏi.- Nhiệt luyện để đạt độ cứng sau đó ta rô ren6 SVTH :V Vn Li Lp :LK86Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Phần II: Tính toán kiểm nghiệm bền2.1. Thông số cho trớc ng c :Diesel, khụng tng ỏp Kiu ng c: Mt hng Cụng sut ng c : 22,08 KW S vũng quay: 2600 vũng/ phỳt Cụng sut tiờu hao nhiờn liu: 210 g/KW.h S k : 4k ng kớnh xi lanh: 95 mm Hnh trỡnh piston: 100 mm T s nộn: 18 S xilanh : 03 Chiu di thanh truyn : 155 mm Khi lng piston: 0,84 kg Khi lng thanh truyn: 1,34 kg p sut khớ th ln nht: 6,2 Mpa2.2. Các thông số tính toán- Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ Diesel,6 xylanh thẳng hàng. Với đờng kính piston D = 106 (mm)- Thông số kết cấu : =R/l =0,3226 + Đờng kính chốt piston (dcp):dcp = (0,3ữ0,45)D = (31,8ữ47,7 ) (mm)Chọn dcp = 37 (mm) + Đờng kính bệ chốt (db):db = (1,3ữ1,6)dcp= (48,1ữ59,2) (mm)Chọn db = 56 (mm) + Đờng kính lỗ trên chốt (d0):d0 = (0,6ữ0,8) dcp= (22,2ữ29,6) (mm)Chọn d0 = 26 (mm)7 SVTH :V Vn Li Lp :LK87Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Chiều dày bạc lót = (0,08ữ0,085)dcp = (2,96ữ3,145) (mm)Chọn = 3 (mm)Khe hở hớng kính bạc lót và chốt piston = 0,001.dcp = 0,037 (mm) - Gọi r1 là bán kính trong đầu nhỏ thanh truyền:r1=dcp/2++= 37/2+3+0,037 =21,537 (mm)Chọn r1 =22 (mm)- Gọi r2 là bán kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền:r2 = 1,4.r1= 30,8 (mm)Chọn r2 =31 (mm) Ta có 12rr = 1,4 < 1,5. đầu nhỏ là loại đầu mỏng- Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền : = (0,28ữ0,32)D= (29,68ữ33,92) (mm) Chọn =32 (mm) - Đờng kính chốt khuỷu : dck=(0,56ữ0,75)D = (59,36ữ79,75) (mm)Chọn dck=74 (mm)- Đờng kính trong đầu to thanh truyền : D1 = dck +2.( '1 + '2+ )3+ Với: dck: Đờng kính chốt khuỷu D: Đờng kính xy lanh; D = 106 (mm) '1: Chiều dày vỏ thép bạc lót : '1 = (0,03ữ0,05) dck=(2,22ữ3,7) (mm)Chọn: '1 = 3 (mm) '2: Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu '2 =(0,0045ữ0,015) dck= (0,333ữ1,11) (mm) Chọn: '2= 0,5 (mm) '3: Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn; '3 = (0,2ữ0,7) (mm)Chọn '3 = 0,5 (mm)Chiều dày bạc lót : tbl=4 (mm) D1 = 74+ 2.(3+ 0,5 + 0,5) = 82 (mm) Đờng kính ngoài đầu to thanh truyền :D28 SVTH :V Vn Li Lp :LK88Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Ta có: 12DD< 1,5 ; Chọn 12DD = =1,36 D2= 1,35. D1=1,36.82 = 112 (mm)Chiều dài đầu to lđt = (0,45 ữ 0,95 ) dck= (33,3 ữ 70,3) (mm)Chọn lđt = 65 (mm)2.1.3. Khối lợng nhóm thanh truyền- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=(0,275-0,35)mtt =(1,045 - 1,33) (kg)Chọn m1=1,2 (kg)- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền. m2=0,75.mtt=0,75.3,8 = 2,85 (kg)Bảng thông số tính toánĐờng kính piston 106 mmChiều dày bac lót đầu nhỏ 3 mmBán kính trong đầu nhỏ tt 22 mmBán kính ngoài đầu nhỏ tt 31mmChiều dài đâu nhỏ 32 mmChiều dày bac lót đầu to 4 mmBán kính trong đầu to tt 41 mmBán kính ngoài đầu to tt 56 mmChiều dài đầu to tt 65 mm9 SVTH :V Vn Li Lp :LK89Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 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 suấtphụ do 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. Nếuđộng cơ có bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở chế độ nàycũng là tính toán ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của động cơ. Nếu khôngcó bộ phận giới hạn số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì số vòng quay lớn nhất nmaxcủa động cơ có thể vợt quá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne=25% ữ30% tức là: Nmax =(1,25 ữ 1,30) neHình 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.1202arccos90+++=rH (2-1)Trong đó:10 SVTH :V Vn Li Lp :LK810Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc bán kính trong của đầu nhỏ :2H = r1=22 (mm) bán kính ngoài đầu nhỏ; r2 = 31 (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 l 31 thì chọn140(mm)=1 222 3126,52 2r r++= = (mm) la bán kính trung bình đầu nhỏ Thay vào (2-1):0 022 26,590 arccos 13531 40+= + =+ Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và thaythế bằng các 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)Giá trị của trong hai biểu thức trên tính theo độ.Trong đó:pj : Lực quán tính của nhóm pistonTa có : pj = mnp.R. 2.(1+) + Với: mnp:Khối lợng nhóm piston. mnp= mp+m1=2,5+1,2=3,7 (kg) +: Tham số kết cấu; =R/l=S/2l=124/2.210= 0,295 = 30.Nn: = 30.Nn=.180018930= (rad/s) R=S/2=124/2=62 (mm)Thay vào (2-3) : pj = 3,7.62.103.1892.(1+ 0,295) = 0,009738 (MN) 11 SVTH :V Vn Li Lp :LK811Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc : Bán kính trung bình đầu nhỏ; = 1 222 3126,52 2r r+ += = (mm) Do ó:MA= 0,009738.26,5.103.(0,00033.1350- 0,0297) = 3,82.10-6 (MNm) NA = 0,009738.(0,572 - 0,0008.1350) = 4,12.10-3 (MN)- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầunhỏ là lực phân bố có giá trị là: q = =2jP3 0,0097380,22.26,5.10= (MN)Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị ởHình 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) (2-4) Lực kéo: Nj = NAcosx+0,5Pj (xcos1) (2-5)- Khi )90(0x ta có :12 SVTH :V Vn Li Lp :LK812Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Mô men uốn : Mj = MA + NA)cos(sin5,0)cos1(xxxPj (2-6)Lực kéo: Nj = NAcosx+0,5Pj (xxcossin ) Từ các biểu thức (2-4) và (2-5), ta thấy Mj và Nj trên cung BC (090x) có giá trị lớn hơn, 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=3,82.10-6 + 4,12.10-3.26,5.103(1- cos1350) - 0,5. 0,01061.26,5.10-3.(sin1350- cos1350) = 1,82.10-5 (MN.m)Njc=4,12.10-3cos1350+0,5. 0,009738. (sin1350- cos1350)=0.00337 (MN)Do có ép bạc lót đầu nhỏ nên có sự biến dạng đồng thời của đầu trục và bạc lót,trong đó đầu nhỏ bị biến dạng kéo, còn bạc lót chịu biến dạng nén. Do vậy phầncủa 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 đ-ợc xác định bằng biểu thức: bbddddFEFEFE+= (2-7)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. 105 (MN/m2)Fd: Tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền Fd = l1d.(d2- d1)=32.10-3.(62.103- 44.103)= 216.10-6 (m2) + Với: l1d: Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền; l1d =32 (mm) d1 : Đờng kính trong đầu nhỏ : d1 =44 (mm) d2: Đờng kính ngoài đầu nhỏ: `d2 = 62 (mm) Fb : tiết diện dọc của bạc lót. Fb = ld1.(d1 - dcp)=32.10-3(44.103- 37.103) = 720.10-6 (m2)Vi dcp=37 (mm).Thay s vo ta c :13 SVTH :V Vn Li Lp :LK813Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 5 65 6 5 62,2.10 .216.100,8652,2.10 .216.10 1,15.10 .720.10 = =+Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ trong trờng hợp có ép bạc lót sẽ là: Trên mặt ngoài : slNsssMdJjnj11])2(62[+++= (2-8)Thay vào (2-8 ) ta đợc:3 35 33 3 3 3 36.26,5.10 10.10 1[2.1,82.10. 0,865.3,7.10 ] 4410.10 .(2.26,5.10 10.10 ) 32.10 .10.10nj += + =+ (MN/m)S là chiều dày đầu nhỏ. S= r2-r1=31-22=9 (mm) Trên mặt trong : slNsssMdJjtj11])2(62[+= (2-9)Thay s vo ta c :3 35 33 3 3 3 36.26,5.10 10.10 1[ 2.1,82.10. 0,865.3,7.10 ] 2610.10 .(2.26,5.10 10.10 ) 32.10 .10.10tj = + = (MN/m2) 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 ngoàivà mặt trong của đầu nhỏ (Hình 2.3)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.14 SVTH :V Vn Li Lp :LK814Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc P = Pkt + Pjp = pt .Fp + mnp.R2 (1 + ) (2-10) P = 6,2.0,00882+ 3,7.62.103.1892.(1+ 0,295) = 0,076 (MN) Trong ó Fp : Diện tích đỉnh piston; Fp =2 2.1060,008824 4D = = (m2)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 ta cắt 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: = 1350 thì: PNA= 0,006 =PMA0,0025 NA= 0,006.P= 0,006.0,076 = 0,45.10-3 (MN) MA = 0,0025. P..= 0,0025.0,076.26,5.10-3=5,51.10-6 (MN.m)Hình 2.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền. Mz = MA + NA.)cos1sin2sin()cos1(xxxxxP (2-13)15 SVTH :V Vn Li Lp :LK815Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Nz = NA.)cos1sin2sin(cosxxxxxP+Trong công thức trên tính theo radian, chọn = (rad)Mz=5,51.10-6+0,456.10-4.226,5.103(1-cos4.3)-0,076.26,5.103.(3 3sin3 1 34 4sin .cos2 4 4 )= -7,6.10-5 (MN.m)Nz2=0,456.10-4.cos4.3+0,076.(43cos.143sin43433sin)= 3,33.10 -6 (MN) Nh đã phân tích ở trên, do lắp ghép căng bạc lót trên đầu nhỏ, nên lực pháp tuyếntác dụng trên đầu 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 (2-12) và (2-13), ta sẽtìm đợc ứng suất tại tiết diện bất kỳ trên mặt trong và mặt ngoài của đầu nhỏ và tavẽ đợc biểu đồ ứng suất trên đầu nhỏ. (Hình 2.5). nz = [2.(-7,6.10-5).3 333 3 36.26,5.10 9.100,865.3,33.109.10 .(2.26,5.10 9.10 ) +++]. 3 313432.10 .9.10 = (MN/m2) tz=[-2.(-7,6.10-5).3 333 3 36.26,5.10 9.100,865.3,33.109.10 .(2.26,5.10 9.10 ) +].3 3119,332.10 .9.10 = (MN/m2) 16 SVTH :V Vn Li Lp :LK816Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 2.5. ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nénc. ứng suất biến dạng.ứng suất biến dạng gây ra do sự biến dạng vì dãn nở nhiệt và vì lắp ghép có độ dôigiữa lót đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.Độ biến dạng của đầu nhỏ khi chịu nhiệt độ là:1.)( dtttbt= (2-14)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).04,09,40.120).10.110.8,1(55==t (mm)Độ dôi lắp ghép giữa bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền 0,0035.dcp=0,0035.37=0,15 (mm) Nếu độ dôi khi lắp ghép bạc đầu nhỏ thanh truyền là thì áp suất trên mặt congcủa đầu nhỏ sẽ là:P = ][221221212221221bbbntEddddEdddddàà+++++ ( MN/m2 ) (2-15)Trong đó:d2: Là đờng kính ngoài của đầu nhỏ (mm); d2 = 62 (mm)db: Đờng kính trong của bạc lót (mm);db = 44-6=38 (mm)d1: Đờng kính trong đầu nhỏ; d1 = 44 (mm)Ett , Eb : mô đun đàn hồi của vật liệu thanh truyền và bạc lót. Ett = 2,2.105 MN/m2; Ett = 1,15.105 MN/m217 SVTH :V Vn Li Lp :LK817Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc P = 32 2 2 22 2 2 235 50,15.10 0,04.62 44 44 380,3 0,362 44 44 3844.10 [ ]2,2.10 1,15.10++ ++ +n 26 (MN)ứngsuất biến dạng theo công thức Lame:ứng suất bên ngoài mặt đầu nhỏ :2122212dddpn= (MN/m2 ) (2-16)3 23) 2 3 22.(44.10 )26 52(62.10 ) (44.10 )n = = (MN/m2 ) ứng suất trên mặt trong:21222122ddddpt+= (MN/m2 ) (2-17) 3 2 3 23 2 3 2(62.10 ) (44.10 )26. 78(62.10 ) (44.10 )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 hệ số 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: nAnj+=max nAnz+=min+ Với: nj: ứng suất kéo trên mặt ngoài đầu nhỏ; nj =57 (MN/m2)18 SVTH :V Vn Li Lp :LK818Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc ứng suất biến dạng trên mặt ngoài đầu nhỏ; n = 102 (MN/m2) ứng suất tổng gây ra trên đầu nhỏ khi chịu nén; nz =-34 (MN/m2) max57 102 159= + = (MN/m2) min34 102 68= + = (MN/m2) Thay vào (2-19) và (2-20) ta đợc:159 68113,52a+= = (MN/m2) 159 6845,52m= = (MN/m2) 1: Giới hạn bền mỏi trong chu trình không đối xứng, với vật liệu thép hợp kim0: Độ bền kéo. ( tra bảng 1-3 trang 31, sách Chi tiết máyT1 -Nguyễn Trọng Hiệp) ta đợc 1=200(Mpa) ; 0 = 460 (Mpa) =2.200 4600,13460= Thay các kết quả tính đợc vào (2-18) ta đợc: 2604,2945,5 ( 0,13).113,5= =+ 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=3 3 332.10 .(9.10 )12 =3.10-6 MN/m4 + Với: l1d: Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền; l1d = 32 (mm) s: Chiều dày đầu nhỏ; s = 9 (mm)Pjnp: Lực quán tính của khối lợng nhóm pistonPjnp = mnp.R.2.(1 + )19 SVTH :V Vn Li Lp :LK819Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Pjnp =3,7. 62.103.1892.(1+ 0,295) = 0,008887 (MN)Thay vào (2-22) ta đợc: 36532009310.0048,010.3.10.2,2.10)90135(10.58.009738,0== (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 tínhtoán.Tiết diện nhỏ nhất chịu nén do tác dụng của hợp lực khí thể và lực quán tính vậnđộng tịnh 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 thanhtruyền.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 thanhtruyền. 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=0,076 (MN) Fmin: Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền -tiết diện I-IFmin = H1.B1 - h1.21bTrong đó H1=2.r1=44 (mm)h1=0,668.H1=29 (mm)b/2=0,292.H1=13 (mm)B1=0,75.H1=33 (mm) Fmin =44.10-3.33.10-3 29. 10-3 .13.10-3 = 1,278.103 (m2)Thay vào (2-23) ta có: 1,5910.278,1076,03==n (MN/m2)20 SVTH :V Vn Li Lp :LK820Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc ứng suất kéo do lực quán tính của nhóm piston và khối lợng đầu nhỏ thanh truyềnđợc xác định theo biểu thức sau đây. minFPjdK= (MN/m2) (2-24)Trong đó : Pjd = (mnp + m1).R.2.( 1+) Trong đó: mnp=3,7(kg); m1 là khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m1=1.2 Pjd = (3,7+ 1,2). 62.103.1892.(1+ 0,295) = 0,009738 (MN)Thay vào (2-24) ta đợc:6,710.278,1009738,03==k (MN/m2)Hệ số an toàn bền ở tiết diện nhỏ nhất. )()(21knkn++= (2-25) 2.20012,4(59,1 7,6) ( 0,13)(59,1 7,6)= = + + Hệ số an toàn d thờng nằm trong khoảng 2,0 3,0 vậy hệ số an toàn đã tínhcàng đảm bảo 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 thanhtruyền nằm phía trên tiết diện trung bình. ứng suất kéo đợc xác định theo biểu thứcsau : tbjtbKFP= (MN/m2 ) (2-26)Trong đó: Pjtb = (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 (2-6)21 SVTH :V Vn Li Lp :LK821Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thân thanh truyền Pjtb = (3,7+1,825).70.103.1572.(1+ 0,274) = 0,009738 (MN)Ftb: tiết diện trung bình của thân thanh truyền, lấy Ftb= 2minmaxFF+ Với: Fmin=1,278.103 (m2): Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền Fmax=H2.B2-h2.22b= 65.103 3 3 3 3.49.10 65.10 .24,5.10 3,1.10 = (m2)Chon: H2=0,8.D1=0,8.82=65B2=0,75.H2=0,75.65=49 (mm)Ftb=33310.2,2210.1,310.278,1=+ (m2)Thay vào (2-26) ta đợc: 14,410.2,20,0097383==K (MN/m2 )ứng suất nén và uốn dọc do lực tổng P của lực khí thể và lực quán tính chuyểnđộng tịnh tiến, đợc xác định theo công thức Nave Răngkin. += PEJmLFPytb.220 = )1()1(2202220miLCFPimLFPtbytb+=+ ( MN/m) (2-28)22 SVTH :V Vn Li Lp :LK822Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa :C¬ khÝ §éng Lùc Đồ án môn học ⇒ P=Σ0,076 J: m« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn th©n thanh truyÒn.§èi víi trôc x - x ta cã: Jx = 1233bhBH − (m4) (2-29) §èi víi trôc y- y ta cã: Jy = 12)()(33bBhBhH −+− (m4) (2-30) + H = 3 331 244.10 65.1054,5.102 2H H− −−+ += = (m) + B=0,75.H=0,75.54,5.10-3 =41. (m) + b= 31 213 1614,5.102 2b b−++= = (m) +h=3 331 229.10 43.1036.102 2h h− −−+ += = (m)Thay vµo (2-29) vµ (2-30) ta ®îc:Jx=3 3 9 3 3 9641.10 .54,5 .10 14,5.10 .36 .100,76.1012− − − −−−= (m4) 3 3 3 9 3 3 3 36(54,5.10 36.10 ).41 .10 36.10 .(41.10 14,5.10 )0,23.1012yJ− − − − − −−− + −= = (m4) i : lµ b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn.§èi víi trôc x-x ta cã:Ix = tbxFJ⇒ Ix = 3610.2,210.76,0−−=0,018 (m) §èi víi trôc y – y ta cã: Iy = tbyFj⇒ Iy = 3610.2,210.23,0−−=0,00122 (m)Trong ®ã:23 SVTH :Vũ Văn Lợi Lớp :ĐLK823Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc :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 = 1 ; 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)D1, d1 : Đờng kính trong đầu to và đầu nhỏ; D1= 82(mm), d1=44(mm)l = 95(mm) (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 trung bình 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 + 3.10-42 62210 .101,60,018= Ky = 212.1yilC+ Ky = 1 + 3.10-42620122,0.410.255 =1,35Thay vào (2-31) và (2-32) ta đợc: 556,1.10.3076,03=x (MN/m2 ) 4735,1.10.3076,03==y (MN/m2 ) Thỏa mãn ứng suất cho phép của thân thanh truyền nh sau:- Đối với thanh truyền thép hợp kim : 120 180 (MN/m2 )24 SVTH :V Vn Li Lp :LK824Trờng ĐHSPKT Hng Yên Khoa :Cơ khí Động Lực ỏn mụn hc 2.2.3. Tính sức bền đầu to thanh truyền.Do kết cấu đầu to có tiết diện thay đổi phức tạp, nên tính toán mang tính chất gầnđúng.Lực tính toán là hợp lực của lực quán tính vận động tịnh tiến và vận tốc quay củađầu to không kể đến nắp, tính tại vị trí DCT: Pd = MttR2(1+) + (M2 - Mn)R2 ; (MN)Trong đó:Mtt =3,8(kg) : Khối lợng chuyển động tịnh tiến của thanh truyềnM2, Mn tơng ứng là khối lợng quy về đầu to, khối lợng nắp đầu to (kg). Để đơn giản cho tính toán ta giả thiết : M2 - Mn=2,87-0,7175= 2,15(kg)ld2=(0,45-0,95)dck. Chọn ld2=0,9.74 = 66 (mm)0,295=: Thông số kết cấuPd =3,8.62.103 2 3 2.189 (1 0,295) 2,15.62.10 .189 0,011271 + + = (MN)Tính sức bền đầu to thanh truyền theo phơng pháp của Kinaxotsvili với các giả thiếtsau:- Đầu to coi nh một khối nguyên, không xét đến mối ghép.- Tiết diện ngang đầu to coi nh không đổi bằng tiết diện giữa của nắp.- Khi lắp căng bạc lót đầu to với đầu to thì bạc lót và đầu to đồng thời cũng biến -dạng nh nhau. Do đó, mô men tác dụng tỷ lệ với mô men quán tính của tiết diện,còn lực tác dụng tỷ lệ với diện tích tiết diện.- Coi đầu to nh một dầm cong tiết diện không đổi, ngàm một đầu ở tiết diện B-Bứng với góc 0, thông thờng 0= 400. Dầm ngàm một đầu đó có đợc do cắt bỏ mộtnửa của đầu to và thay thế sự ảnh hởng của nó bằng giá trị mô men uốn Ma và lựcpháp tuyến NA tại tiết diện cắt bỏ (A-A). Dầm có bán kính cong bằng một nửakhoảng cách giữa 2 đờng tâm lỗ lắp ghép bu lông thanh truyền.- Lực phân bố trên dầm cong của đâu to (gây ra lực Pđ) theo quy luật đờngcôsnnuýt.P = cos4CPdTrong đó:C: khoảng cách giữa 2 đờng tâm lỗ bu lông:C = (1,2-1,3).dck (mm) chọn C=1,25.74 =93 (mm): góc lệch so với đờng tâm thanh truyền.Mô men uốn và lực pháp tuyến thay thế tại tiết diện A-A đợc tính theo biểu thứcsau:25 SVTH :V Vn Li Lp :LK825

Tài liệu liên quan

• Tính toán và thiết kế nhóm piston thanh truyền của động cơ IFE
  • 39
  • 3
  • 15
• Tính toán và kiểm nghiệm bền hệ thống treo cho xe tải 4 tấn
  • 49
  • 649
  • 0
• Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston động cơ diezel không tăng áp
  • 25
  • 1
  • 10
• Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền
  • 33
  • 2
  • 15
• Tính toán và kiểm nghiệm bền cho trục khuỷu
  • 30
  • 2
  • 21
• Tính toán kiểm nghiệm bền cho piston
  • 29
  • 4
  • 57
• Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền
  • 29
  • 3
  • 15
• tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện
  • 76
  • 632
  • 1
• Tính toán và thiết kế mạch phát thanh truyền hình
  • 112
  • 322
  • 0
• Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô Land Cruiser và sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và kiểm nghiệm
  • 117
  • 1
  • 15

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.34 MB - 29 trang) - Tính toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền Tải bản đầy đủ ngay ×