Đồ án Kết cấu nhóm piston

làm liền với má khuỷu . + đối trọng làm riêng rồi hàn với má khuỷu loại này ít dùng dễ bị biến dạng + Đối trọng làm riêng rồi lắp lên má khuỷu bằng bulông lắp ghép theo kiểu hình a,b bulông chịu ứng suất kéo lớn có thể bị đứt khi tốc độ động cơ tăng đột ngột , lắp ghép có thể giảm tải trọng do lực quán tính ly tâm tác dụng trên bulông. 1.2.7.6 Đuôi trục khuỷu : Đuôi trục khuỷu động cơ thường lắp với các chi tiết máy của cơ cấu truyền đẫn công suất như: bánh đà, khớp nối, bánh đai truyền. Để dẫn động trục thu công suất đuôi trục khuỷu thường có mặt bích hoặc mặt côn để lắp bánh đà. Trong dộng cơ tĩnh tại và tàu thuỷ, đuôi trục khuỷu thường làm thành dạng hình côn, có độ côn nhỏ trên mặt côn có rãnh then để lắp bánh đà. Ngoài phần kết cấu dùng để lắp bánh đà, trên đuôi trục khuỷu còn có thể có các bộ phận: + Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ. + Vành chắn dầu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy ra khỏi catte + Ren ốc dầu hồi ngăn không cho dầu nhờn lọt ra khỏi catte + ổ chắn dùng để khống chế độ dịch chuyển chiều của trục khuỷu. Hình 1.16 : Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà ; 1- Chốt định vị ; 2- Vành ngăn dầu Để đạt được mục đích trên ta có thể dùng các biện pháp : - Dùng bạc lót dầy có vai, trên mặt vai của bạc có tráng một lớp hợp kim chịu mòn. - Dùng vòng đệm chắn có thể chế tạo bằng đồng hoặc bằng thép có tráng một lớp hợp kim babit và thương lắp hai mặt bên của ổ trục . Đối với động cơ ôtô Jil 130 : Là động cơ 4 kỳ 8 xilanh bố trí hình chữ V đặt lệch nhau dưới một góc 900, 1 cổ biên lắp 2 thanh truyền, cổ biên được mài theo một kích thước nhất định ứng với kích thước cổ trục, động cơ Jil 130 trục khuỷu đúc liền trong có khoan đường dầu bôi trơn động cơ Jil 130 dùng bạc hợp kim 3 kim loại chế tạo bằng thép lá có tráng 1 lơp hợp kim Đồng - Niken sau đó phủ thép và một lớp hợp kim ba bit Chì - Thiếc. 1.2.8 Bánh đà : Thông thường bành đà là một đĩa kim loại lớn được cân bằng chính xác, đảm bảo sự làm việc đều đặn của động cơ, đưa các piston rời khỏi các điểm chết. Dùng để khởi động máy dễ dàng, đảm bảo ô tô rời chỗ êm nhẹ. Trên bánh đà loại động cơ đốt trong khởi động bằng động cơ điện (đề marơ) còn có vành răng khởi động, vành răng này cố định trên bánh đà bằng cách ghép nóng có độ dôi. Bánh đà còn là nơi ghi các kí hiệu điểm chết trên, điểm chết dưới, góc phun sớm(với động cơ điezen) và góc đánh lửa sớm (động cơ xăng) Bánh đà bắt vào mặt bích trục khuỷu bằng bulông .Trên mặt bích của trục có bố trí các vít cấy không đối xứng để giữ sự cân bằng của trục với bánh đà Bánh đà được chia làm ba loại chính : - Bánh đà dạng đĩa: loại này đơn giản có dạng đĩa tròn có chiều dài đồng đều , khi đúc tránh ứng suất bên trong - Bánh đà dạng vành : loại này đảm bảo bánh đà có mômen lớn mà trọng lượng bánh đà nhỏ, khối lượng của vành bánh đà chiếm khoảng 80 90% khối lượng bánh đà . Loại bánh đà này thường lắp ghép với trục khuỷu bằng mặt côn , có then định vị , bánh đà loại này có kích thước lớn lên người ta thường đúc làm hai nửa rồi dùng bulông ghép lại - Bánh đà dạng chậu : loại bánh đà này có sức bền và mômên bánh đà lớn và do phần đĩa có mặt masát rất dày lên tuổi thọ của bánh đà cũng lớn . chương II Nhiệm vụ cụ thể, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo, kết cấu của nhóm piston Nhóm piston gồm có : piston ,chốt piston , xecmănghơi , xecmăngdầu và các chi tiết hãm chốt piston . Trong động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ ngoài những chi tiết máy trên ra ,còn có thể có thêm cán piston , guốc trượt 2.1/ Piston : 2.1.1 Nhiệm vụ : Trong quá trình làm việc của động cơ nhóm piston có các nhiệm vụ : - Bảo đảm bao kín buồng cháy , giữ cho khí trong buồng cháy không lọt xuống catte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy - Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình cháy giãn nở) để làm quay trục khuỷu , nén khí trong quá trình nén , đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải khí cháy và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp . - Trong động cơ xăng 2 kỳ , nhóm piston đóng vai trò như một van trượt , làm nhiệm vụ phối khí ( đóng , mở, lỗ nạp, lỗ quét và lỗ thải ) 2.1.2 Điều kiện làm việc: Piston làm việc trong điều kiện hết sức phức tạp , chịu tải trọng lớn , nhiệt độ cao và ứng cao ,va đập mạnh , chịu lực quán tính đặc biệt chịu tải trọng cơ học , tải trọng nhiệt và ma sát ăn mòn hoá học . 2.1.2.1 Tải trọng cơ học: Trong quá trình cháy, khí hỗn hợp cháy sinh ra áp suất lớn trong buồng cháy. Trong chu trình công tác của động cơ áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston thay đổi rất nhiều vì vậy lực khí thể có tính va đập lớn trong động cơ cao tốc do số vòng quay rất cao lên lực quán tính tác dụng lên đỉnh piston cũng rất lớn. Lực tác dụng trên đỉnh piston lớn gây lên ứng suất lớn làm biến dạng piston và đôi khi làm hư hỏng piston. 2.1.2.2 Tải trọng nhiệt: Trong quá trình cháy piston trực tiếp tiếp xúc với vật cháy, có nhiệt độ cao 23002800K. Nên nhiệt độ của piston nhất là đỉnh piston cũng rất cao ( khoảng 500800K ), nhiệt độ của piston cao thường gây các tác hại : - Gây ứng suất nhiệt lớn, có thể làm rạn nứt piston. - Gây biến dạng lớn, có thể làm cho piston bị bó hẹp trong xylanh và tăng masát giữa piston và xylanh. - Làm giảm sức bền của piston. - Làm giảm hệ số nạp, ảnh hưởng đến công suất động cơ. - Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ. - Đối với động cơ xăng nhiệt độ piston cao quá dễ gây hiện tượng kích nổ. 2.1.2.3 Ma sát và ăn mòn hoá học: Trong quá trình làm việc của piston chịu masát khá lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang ép piston vào xylanh. Hơn nữa do lực khí thể, lực quán tính và nhiệt độ cao làm piston biến dạng nên ma sát càng tăng, do piston luôn luôn tiếp xúc với sản phẩm cháy nên còn bị sản phẩm cháy ăn mòn. Do điều kiện làm việc của piston như vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảo: - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất . - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và giảm ứng suất nhiệt . - Trọng lượng nhỏ để giảm quán tính. - Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn - Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ khong giảm sút .không cháy piston và ít hao dầu 2.1.3 Vật liệu chế tạo: Do điều kiện làm việc của piston hết sức phức tạp nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu: Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi. Hệ số dãn nở nhỏ, hệ số tản nhiệt lớn. Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao. Chống được sự ăn mòn hoá học của khí cháy. Vật liệu chế tạo piston thường dùng hiện nay là: gang và hợp kim nhẹ, thép ít được dùng để chế tạo piston. 1/ Gang: Gang là loại vật liệu dùng khá phổ biến để chế tạo piston của các loại động cơ tốc độ thấp. Gang thường được dùng mấy loại: Gang hợp kim Gang dẻo Gang grafít a) Gang hợp kim ( gang xám ): thường dùng gang xám có mã hiệu: C4 24- 44; C4 24-48; C4 32-52, có tổ chức péclít, gang xám là loại vật liệu khá tốt có nhiều ưu điểm thoả mãn hầu hết các yêu cầu trên: - Gang có sức bền cơ học khá cao, giới hạn bền chống kéo của gang xám có thể đạt tới 320, giới hạn bền chống uốn có thể đạt tới 520. - Gang xám có ưu điểm ở nhiệt độ cao và sức bền không giảm nhiều lắm, theo thí nghiệm thì tăng nhiệt độ tới 288K 623K, sức bền của gang chỉ giảm khoảng 18% - Hệ số dãn nở chiều dài bé = 11 K - Tính công nghệ đúc và gia công tương đối tốt - Giá thành rẻ. Nhược điểm: - Trọng lượng riêng của gang lớn = 7080 - Hệ số dãn nhiệt bé = 37,754,4 - ở nhiệt độ cao quá 996K tổ chức péclít của gang phân giải thành fenít và ôstennit thể tích lớn nên dễ bị rạn nứt. ở động cơ cao tốc và cường hoá không dùng piston ngang: Gang xám thường dùng có thành phần hoá học sau: 3,23,65% C ; 2,1 2,4% Si ; 0,460,6%Mn ; 0,070,1% Cr ; 0,150,55% Ni ; 0,130,3% P ; không vượt quá 0,15%S ; Độ cứng bề mặt HB = 15g22g Để đúc dễ dàng nhiệt độ rót khuôn phải đảm bảo cao hơn 1573K b) Gang dẻo (gang rèn ): Loại gang này có sức bền cao hơn gang xám. Dùng để chế tạo piston của các động cơ 2 kỳ. Gang dẻo thường dùng có thành phần hoá học: 2,32,6% C ; 1,151,45% Si ; 0,5% Mn ; 0,07% Cr ; S ít hơn 0,12% S ; ít hơn 0,18% P . Độ cứng bề mặt 197241 c) Gang grafit cầu: Loại gang có sức bền cao. Chịu nhiệt độ cao và chịu mòn tốt. Tính công nghệ gia công và công nghệ đúc kém. Chỉ được dùng để đúc phần đỉnh của piston dùng trong động cơ tốc độ thấp. 2/ Thép: Trong đại chiến thế giới lần thứ hai, một số nước như Mỹ (hãng Ford) và Đức (hãng Junkep) đã dùng thép để chế tạo piston. Thép có độ bền cao nên có thể làm khá mỏng .Chiều dày đỉnh piston thép có loại 23mm .Chiều dày của thân có loại chỉ dày 0,9 1mm .Vì vậy piston bằng thép không nặng lắm . Đôi khi còn nhẹ hơn piston nhôm .Thép chịu mòn tốt .Thép dẫn nhiệt kém dẫn đến nhiệt độ đỉnh piston cao dễ gây kích nổ ở động cơ xăng Khó đúc dẫn đến giá thành chế tạo đắt Thành phần hoá học các loại thép dùng để chế tạo piston : 1,35 1,7C ; 0,6 1Mn; 2,5 3,0 Cu; 0,91,3Si ; 0,15 0,2Cr ; S < 0,08 ; P < 0,1 3/ Hợp kim nhẹ : Trong động cơ cao tốc để giảm bớt lực quán tính chuyển động tịnh tiến, piston thường chế tạo bằng hợp kim nhẹ, hợp kim nhẹ thường được dùng là hợp kim nhôm và hợp kim manhêzi a) Hợp kim manhêzi: Trọng lượng riêng nhỏ =1718,5thành phàn chủ yếu là 95%Mg ; 3%Zn còn lại là các kim loại khác và tạp chất Nhược điểm : - Mô đun đàn hồi nhiệt độ thấp E = 45000rất nhạy cảm với ứng suất tập trung . Khi thiết kế piston phải có góc lượn lớn - Sức bền kém = 260do đó phải làm piston khá dày - Hợp kim Manhêzi đắt mà khi đúc bị ôxi hoá rất dữ dội dẫn đến vật liệu đúc có tổ chức không đồng đều . - Tính chống ăn mòn hoá học của hợp kim manhêzi kém b) Hợp kim nhôm : Hợp kim nhôm nhẹ, trọng lượng riêng bé hơn gang rất nhiều, nhôm =18,229,7 gang =7080, vì trọng lượng riêng nhỏ lên lực quán tính sinh ra bé , do đó động cơ cao tốc dùng piston nhôm . Dùng hợp kim nhôm để đúc piston trọng lượng có thể giảm 50% so với piston gang có cùng độ bền . Hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt tốt hơn gang : - Hệ số dẫn nhiệt =126175.độ (0,30,42). - Ưu điểm :nhiệt độ dẫn nhiệt đỉnh piston thấp nên khó xảy hiện tượng kích nổ (động cơ xăng ) - Nhiệt độ piston thấp còn có lợi là khó kết muội trong buồng cháy - Hệ số truyền nhiệt từ khí cháy đến piston của hợp kim nhôm cũng nhỏ hơn của gang khoảng 30% nên cũng làm cho nhiệt độ piston nhôm thấp hơn piston gang . - Trạng thái nhiệt độ của hai loại piston gang và nhôm của động cơ xăng Hình 2.1 : Trạng thái nhiệt độ của piston ; 1- Piston gang ; 2- Piston nhôm - Nhiệt độ cao nhất đỉnh piston nhôm thay đổi trong khoảng 483523k, gang 673703k - Khi thay piston bằng piston nhôm và giữ nguyên các thông số thì công suất của động cơ có thể tăng lên khoảng 56% và suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm 810% Tổn thất ma sát giữa xylanh và piston nhôm ít vì hệ số ma sát của nhôm với gang nhỏ . Tính công nghệ hợp kim nhôm tốt :dễ đúc , dễ gia công . Nhược điểm : - Hệ số dãn dài lớn : anhân =1725.10 Vì vậy khi thiết kế khe hở giữa piston và xilanh lớn khi khởi động dễ lọt khí và máy có tiếng gõ . - ở nhiệt độ cao sức bèn giảm sút quá nhiều . - Hợp kim nhôm chịu mòn kém hơn gang và thép - Hợp kim nhôm đắt tiền. Để nâng cao tính chịu mòn của piston chế tạo bằng hợp kim nhôm . Cần nhiệt luyện piston để đạt độ cứng HB = 120140 Piston nhôm được chế tạo theo phương pháp rèn, dập bằng loại nhôm rèn. Xử lí oxi hoá bằng cực dương dòng điện, ngâm piston trong dung dịch 3% ôxit crôm, cực âm dùng bản grafít Có thể tăng thành phần S : trong hợp kim nhôm để giảm hệ số giãn dài Người ta phân hợp kim nhôm thành 3 loại: Hợp kim nhôm - đồng Hợp kim nhôm – Silíc cùng tính Hợp kim nhôm – Silíc sau cùng tinh Sau khi đúc xong cần ủ lại nhiệt độ 438á448K, thời gian 14á18; HB = 90 á120 2.1.4 Kết cấu của piston : Piston là một hình trụ rỗng , một đầu kín bên trong có các gân tăng cường độ cứng , piston gồm 3phần chính Hình 2.2 : Piston ; 1- Đỉnh ; 2- Đầu ; 3- Thân ; 4- Rãnh lắp xecmăng khí ; 5- Rãnh lắp xecmăng dầu ; 6- Bệ chốt piston ; 7- Chân piston ; 8- Vùng đai xecmăng Đỉnh piston : là phần trên cùng của piston trong có các gân chịu lực và tản nhiệt cùng với xilanh và lắp máy tạo thành buồng đốt . Đầu piston : tính từ rãnh xecmăng ở trên lỗ chốt đến đỉnh piston, đầu piston có các rãnh lắp xecmăng hơi và xecmăng dầu. Thân piston: Tính từ xecmăng cuối cùng bên trên lỗ chốt phần thân dùng dẫn hướng chuyển động của piston . 2.1.4.1 Đỉnh piston : Đỉnh piston có rất nhiều dạng Hình 2.3 : Các dạng đỉnh piston của động cơ xăng và động cơ điêzen Đỉnh bằng (a) là loại phổ biến nhất có diện tích chịu nhiệt bé nhất , kết cấu đơn giản , dễ chế tạo , thường được dùng ở động cơ xăng và điezen có buồng cháy dự bị và xoáy lốc Đỉnh lồi (b,e) có độ cứng vững cao loại này có thể không cần bố trí các đường gân chịu lưc ở dưới đỉnh piston do đó trọng lượng của piston có thể giảm, loại này ít kết muội than nhưng bề mặt chịu nhiệt lớn dấn đến ảnh hưởng xấu quá trình làm việc của piston, dùng động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu dùng xúppáp treo. Đỉnh lõm(c): thường dùng động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu và động cơ điezen có buồng cháy dự bị và xoáy lốc, phần lõm có thể toàn bộ đỉnh piston hoặc chỉ lõm xuốngở một vùng của đỉnh. Chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệch tâm.loại đỉnh lõm này có tiết diện chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm tạo ra xoáy lốc trong quá trìng nén và quá trình cháy. Đỉnh lồi (d): chỉ dùng cho động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ, phối khí bằng lỗ quét và lỗ thải. Phần lồi lên lắp sát về bên phía lỗ quét để dẫn hướng dòng khí quét đi vào xilanh. Đỉnh lõm (g,h,i,k,l): thường dùng trong động cơ điezen bốn kỳ và hai kỳ có buồng cháy thống nhất, các loại buồng cháy này tạo ra xoáy lốc mạnh trong quá trình nén để hình thành khí hỗn hợp được tốt. Vòi phun của các loại động cơ này đặt trên nắp máy hướng vào phía giữa đỉnh piston để có thể phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy trên đỉnh piston, nhược điểm: diện tích chịu nhiệt lớn, trọng lượng phần đầu piston nặng, khó giải quuyết vần đề ứng suất nhiệt của xéc măng. Khi thiết kế đỉnh piston cần chú ý, đảm bảo các nguyên tắc: - Đỉnh phái có hình dạng thích hợp để tạo thành hỗn hợp tốt, gây xoáy lốc mạnh, phù hợp với chùm tia phun, phù hợp yêu cầu quá trình cháy để đưa lại chỉ tiêu kinh tế cao. - Đỉnh cần có tỉ số F/V nhỏ để giảm ứng suất nhiệt cho piston đồng thời tăng hệ số nạp, tránh kích nổ. - Có góc lượn tương đối lớn để dẫn nhiệt tốt. - Chú ý đến cách đạt xuppap , còi phun , buji , để đỉnh không va cham vào các chi tiết .Vì vậy phải khoét đỉnh piston thành hình dạng đặc biệt để tránh va chạm với xuppáp (m). 2.1.4.2 Đầu piston : Trong quá trình làm việc của động cơ , đầu piston truyền phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó . Qua phần đai xecmăng-xecmăng-xilanh rồi đến nước làm mát hoặc không khí làm mát động cơ . Sơ đồ dòng nhiệt truyền trong piston Khi thiết kế piston cần đảm bảo tốt 3 vấn đề : - Tản nhiệt - Bao kín - Sức bền Hình 2.4 : Dòng nhiệt truyền trong piston a) Vấn đề tản nhiệt : Vấn đề tản nhiệt của piston rất quan trọng , nếu đảm bảo truyền ra ngoài số nhiệt lượng mà piston nhận được do tiếp xúc với khí cháy và do masát sinh ra , sức bền của piston giảm sút nghiêm trọng . Như thế động cơ sẽ không làm việc được . Ngoài các phương pháp làm mát : phun dầu phái dưới piston , dẫn nước làm mát vào đỉnh piston thì phần lớn nhiệt lượng piston nhận được truyền qua xec măng ra xilanh rồi đến nước làm mát động cơ , một phần nhiệt truyền cho khí nạp mới . Do vậy để tản nhiệt tốt ,có thể dùng các phương án sau : - Thiết kế đỉnh piston tương đối dày, gọc lượn giữa phần đỉnh và đai xecmăng tương đối lớn , đai xecmăng lượn tương đối dày để dẫn nhiệt xuống thân tương đối thuận lợi. Kết cấu đỉnh piston có góc lượn lớn, đảm bảo tản nhiệt tốt vì vậy nhiệt độ phần đỉnh piston hợp kim nhẹ giảm xuống khá thấp (473K ). - Thiết kế đỉnh mỏng nhưng có gân tản nhiệt ở phía dưới đỉnh để tăng diện tích tiếp xúc với không khí làm cho nhiệt lượng truyền cho không khí phía dưới piston được nhiều hơn. Gân tản nhiệt đồng thời là gân chịu lực làm tăng độ cứng vững ở phần đỉnh và đầu piston. Hình 2.5 : Các kiểu bố trí gân tản nhiệt - Dùng hợp kim nhôm có hệ số dẫn nhiệt cao để giảm nhiệt độ của piston, gia công đỉnh piston bóng láng cũng giảm được sự truyền nhiệt. - Dùng rãnh chắn nhiệt : Hình 2.6 : Vị trí xecmăng khí thứ nhất - Để cho nhệt lượng phần đỉnh piston tản đều xuống phía các xecmăng phía dưới , bảo vệ xecmăng khí đầu tiên khỏi bị nóng quá . Vị trí xecmăng khí thứ nhất bố trí càng gần khu vực nước làm mát bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu . - Trong động cơ tĩnh tại cỡ lớn thường dùng cách đưa dầu nhờn vào phái dưới đỉnh piston để làm mát đỉnh , hiệu quả tốt nhưng kết cấu phức tạp . Để giảm nhiệt lượng truyền xuống phần đầu piston người ta giảm các bán kính góc lượn và chiều dày phần nối tiếp đỉnh với đầu piston Hình 2.7 : Đỉnh piston làm mát bằng cách phun dầu nhờn Tránh đỉnh khỏi bị nóng quá người ta tổ chức phun dầu nhờn từ đầu nhỏ lên các gân tản nhiệt b) Vấn đề bao kín : Số rãnh xecmăng trên đầu piston có các rãnh để lắp xecmăng khí và xecmăng dầu. Đối với động cơ đốt trong việc bao kín buồng cháy rất quan trọng , nếu không sẽ xảy ra hiện tượng xấu như . . . dẫn đến cháy sớm hoặc kích nổ . Biện pháp bao kín hiện nay dùng xecmăng như vậy xecmăng càng nhiều thì độ kín khít càng tốt nhưng số xecmăng nhiều thì phần đầu piston càng dài và càng nặng dẫn đến công suất masát lớn lên . Rãnh lắp xecmăng dầu phải có khoan đường dẫn dầu về catte . Khe hở giữa phần đầu piston và xilanh . Khe hở này cũng có ảnh hưởng đến vấn đề bao kín . Khe hở giữa rãnh xecmăng và rãnh xecmăng . Khe hở này không được để quá lớn nhất là đối với động cơ 4 kỳ , nếu khe hở lớn dẫn đến va đập giữa xecmăng và rãnh khe hở nhỏ thì dễ bị bó xecmăng . Rãnh xecmăng thường khoét sâu hơn chiều dày xecmăng (0,5á 1,5 ) c) Vấn đề sức bền Đối với piston làm bằng hợp kim nhẹ , để đảm bảo độ cứng vững và sức bền của đỉnh và đầu piston , ngoài việc làm các gân ở đỉnh người ta còn làm các gân dọc nối với bệ chốt piston Hình 2.8 : Các loại gân dọc thường dùng 2.1.4.3 Thân piston : Có tác dụng dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh và chịu lực ngang W , để dẫn hướng tốt và ít va đập , khe hở giữa thân piston và xilanh bé , khi thiết kế thân piston cần chú ý các yếu tố : a) Chiều dài của thân piston : chiều dài này phụ thuộc vào kiểu , loại động cơ . b) Vị trí bệ chốt piston : Hình 2.9 : Vị trí lỗ bệ chốt piston Trong quá trình làm việc piston chịu lực ngang N . Nếu chốt piston đặt giữa chiều dài thân piston ở trạng thái tĩnh áp suất phân bố đều nhưng khi piston chuyển động , do lực ma sát tác động làm piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suất của piston nén trên xilanh sẽ phân bố không đều nữa Dạng của piston : Hình 2.10 : Trạng thái biến dạng của piston khi chịu lực khí thể và lực ngang Dạng của piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang của nó thường có dạng ovan hoặc vát ở phía hai đầu bệ thiết kế như vậy để khi piston chịu lực P2 , N và nhiệt tác dụng piston không bị bó kẹt trong xilanh ha : là trạng thái biến dạng của thân piston khi chịu nhiệt độ cao , do kim loại phân bố không đều , kim loại tập trung nhiều ở hai bệ chốt piston hb : là trạng thái biến dạng của thân piston khi chịu lực khí thể , áp suất khí thể ép cho đỉnh lõm xuống làm thân cũng biến dạng theo hc : là trạng thái biến dạng của thân piston khi chịu lực ngang N Cả ba nguyên nhân trên đều làm cho piston biến dạng theo hình ovan Để khắc phục hiện tượng bó piston người ta dùng các biện pháp sau : - Làm thân piston có sẵn dạng hình ovan - Tiện vát bớt hai mặt thân piston ở phía hai đầu bệ chốt - Giảm độ cứng vững thân piston bằng cách sẻ các rãnh hình chữ T , chữ L , chữ ế trên thân piston . - Đúc gắn miếng hợp kim invar hoặc thép cacbon để đỡ bệ chốt piston . Thành phần hoá học của hợp kim invar : 30á38%Ni , 0á8%Cr , còn lại là Fe . Hệ số giãn nở của piston này nhỏ a=2.10 - 6/ 0K. Dùng hợp kim này là các bản nối tiếp phần đầu với thân piston Hình 2.11: Đường kính các phần của piston Các dạng của thân và kích thước khác nhau của các phần trên piston : - Đường I là dạng của loại piston hình trụ và đầu piston có độ côn . Loại này thường dùng khi nhiệt độ chênh lệch giữa phần đầu và phần cuối của thân piston nhỏ - Đường II : cả đầu và thân piston đều có độ cân để thích hợp với trạng thái nhiệt trên chiều cao của thân - Đường III : Đầu và thân piston làm thành dạng hình trụ nhiều bậc . Kết cấu này thường dùng vì công nghệ gia công đơn giản mà hiệu quả tốt - Đường IV : Dạng đường cong phức tạp công nghệ gia công khó - Đường V : Dạng hình côn và hình trụ . Đoạn thân gần chân piston có dạng hình trụ, các phần khác có độ côn , dạng này ít dùng vì phức tạp Ngoài ba phần chính trên , ở một số piston kết cấu còn thiết kế thêm chân piston . Chân piston thường có dạng vành đai để tăng độ cứng, vững . Mặt tụ ở vành đai này thường là mặt chuẩn công nghệ dùng để gia công piston Hình 2.12 : Chân piston Ngoài ra khi điều chỉnh trọng lượng piston thường dùng cách cắt bỏ một phần kim loại ở chân piston . 2.1.4.4 Kích thước kinh nghiệm của piston : Hình 2.13 : Kích thước các phần của piston 2.2/ XECMăNG: 2.2.1 Nhiệm vụ : Xecmăng được lắp trong các rãnh xecmăng trên đầu piston , làm giảm lực tác dụng của piston vào thành xilanh , truyền nhiệt từ piston => xecmăng => xilanh => nước làm mát - Xecmăng hơi : làm kín hơi , không cho không khí lọt xuống cacte - Xecmăng dầu : ngăn không cho dầu nhờn sục lên buồng đốt. 2.2.2 Điều kiện làm việc : Để đảm bảo cho piston di động dễ dàng trong xilanh, piston lắp ghép với xilanh có khe hở , do đó để bao kín không gian buồng cháy trong xilanh và ngăn không cho dầu nhờn sục lên buồng đốt ta dùng xecmăng hơi và xecmăng dầu . Xecmăng làm việc trong điều kiện xấu , nhiệt độ cao , áp suất va đập lớn , ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn . 1) Chịu nhiệt độ cao : Trong quá trình làm việc piston trực tiếp tiếp xúc với khí cháy , do piston truyền nhiệt cho xilanh qua xecmăng và do ma sát với vách xilanh nên xecmăng có nhiệt độ cao , nhất là xecmăng khí thứ nhất . Khi xecmăng khí bị hở , không khít với xilanh , khí cháy thổi qua chỗ bị hở làm cho nhiệt độ cục bộ vùng này tăng lên rất cao , có thể làm cháy xecmăng và piston. Nhiệt độ xecmăng khí thứ nhất : 632á673 0K Do nhiệt độ cao , sức bền cơ học giảm sút , xecmăng dễ bị mất độ đàn hồi , dầu nhờn dễ bị cháy thành keo bám trên xecmăng và trên xilanh , làm xấu điều kiện làm việc , thậm chí làm bó xecmăng 2) Chịu lực va đập lớn : Khi làm việc lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên xecmăng. Các lực này có trị số rất lớn , luôn thay đổi về trị số và chiều tác dụng nên gây ra tác dụng mạnh giữa xecmăng với rãnh xecmăng nhất là trong động cơ 4 kỳ cao tốc 3) Chịu mài mòn : Khi làm việc xecmăng ma sát với vách xilanh rất lớn. Công ma sát của xecmăng chiếm 50á60 % toàn bộ công tổn thất cơ giới của động cơ đốt trong Sở dĩ ma sát lớn và mài mòn nhiều là do áp suất tiếp xúc của xecmăng tác dụng lên vách xilanh lớn , do tốc độ trượt lớn mà bôi trơn kém. Bị ăn mòn hoá học và mài mòn do tạp chất sinh ra trong khí cháy hoặc lẫn trong khí nạp và dầu bôi trơn 2.2.3 Vật liệu chế tạo : Do điều kiện làm việc của xecmăng hết sức phức tạp , điều kiện bôi trơn khó khăn nên vật liệu chế tạo xecmăng cần có các tính chất cơ lý sau : - Có tính chịu mòn tốt - Có hệ số ma sát nhỏ đối với mặt xilanh - Có sức bền và độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao - Có khả năng rà khít mặt xilanh một cách nhanh chóng Ngày nay hầu hết các nước đều dùng gang xám hợp kim để chế tạo xecmăng. Gang xám hợp kim có tổ chức peclit nhỏ mịn , trên nền peclit cơ bản có phân bố đều các hạt graphit tự do với số lượng không nhiều lắm . Trong gang thường pha thêm các nguyên tố khác như : Ni, Mn, Cr , P ,Ti , Cu ... với số lượng ít để cải thiện tính năng của gang . Gang hợp kim được dùng phổ biến vì nó có nhiều ưu điểm cơ bản mà các loại vật liệu khác không có được: - Nếu mặt ma sát bị cào xước , trong quá trình làm việc vết xước sẽ mất dần , ma sát được khôi phục như cũ - Graphit trong gang có khả năng bôi trơn mặt ma sát , làm giảm hệ số ma sát - ít nhạy cảm với ứng xuất tập trung gây ra ở các vùng có vết xước Các loại vật liệu gang thường dùng : C4 18-36 thành phần : 2,7á3%Si ; 0,5á0,7%Mn ; 0,5á0,6%P ; 0,09%S ; 0,3%Cr ; 0,3%N ; 0,2%T ; HB = 95á105 C4 24-44 thành phần : 1,6á2%Si ; 0,8á1%Mn ; 0,3á0,5%P ; 0,1%S ; 0,6%Cr ; 0,4 %N ; 0,2%T ; HB = 93á97 C4 28-44 thành phần : 1,5á1,9%Si ; 0,5á0,8%Mn ; 0,3á0,5%P ; 0,1%S ; 0,6%Cr ; 0,5á1%N ; 0,2á0,6%Mo ; HB = 93á97 ở một số động cơ công suất lớn và động cơ 2 thì đã dùng xecmăng chế tạo bằng thép , thép có sức bền lớn nhưng : - Trong điều kiện nhiệt độ cao và bôi trơn kém thì độ đàn hồi và tính chịu mòn của thép giảm rất nhiều , mặt xilanh cũng nhanh mòn - Ngày nay rất ít khi người ta dùng thép để chế tạo xecmăng khí , đa số các xecmăng dầu chế tạo lại đều được chế tạo bằng thép Quá trình chế tạo xecmăng hết sức phức tạp , thường xecmăng được chế tạo ở các phân xưởng riêng , các phương pháp chế tạo xecmăng khác nhau chủ yếu ở khâu đảm bảo hình dạng và mở miệng ở trạng thái tự do của xecmăng Ngày nay thường chế tạo xecmăng theo 3 phương pháp : - Đúc đơn chiếc : xecmăng được đúc từng chiếc một , phôi đúc đã được định hình giống như xecmăng ở trạng thái tự do , phương pháp này đảm bảo thành phần , tổ chức của gang rất đồng đều. - Chế tạo theo phương pháp nhiệt định hình (đúc phôi thành ống rồi cắt từng lát thành xecmăng ) cho xecmăng há miệng ra bằng độ mở miệng ở trạng thái tự do rồi tiến hành nhiệt định hình ở nhiệt độ t = 600á6500C ; thời gian trong 1 giờ . - Gia công định hình phôi đúc (đúc thành dạng ống để có dạng giống dạng xecmăng ở trạng thái tự do sau đó cắt từng lát xecmăng rồi cắt mở miệng ) Để tăng độ bền của xecmăng sau khi gia công cơ khí người ta còn xử lý xecmăng qua nhiều khâu công nghệ 2.2.4 Kết cấu của xecmăng : Xecmăng có kết cấu đơn giản , nó có dạng một vòng thép mở miệng, đường kính của xecmăng là đường kính ngoài của xecmăng ở trạng thái lắp ghép trong xilanh Mặt đáy Mặt lưng Mặt bụng Phần miệng Khe hở miệng Hình 2.14 : Xecmăng - mặt 1: mặt đáy - mặt 2: mặt lưng - mặt 3 : mặt bụng Chiều dày của xecmăng là khoảng cách giữa mặt lưng và mặt bụng , chiều cao h của xecmăng là khoảng cách giưưã hai mặt đáy Phân theo nhiệm vụ xecmăng chia làm 2 loại : - xecmăng khí - xecmăng dầu 2.2.4.1 Xecmăng khí : Xecmăng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy , ngăn không cho khí cháy lọt vào buồng cacte . Trong động cơ khí cháy có thể lọt xuống theo 3 đường : - Qua khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác - Qua khe hở giữa xecmăng và rãnh xecmăng - Qua khe hở phần miệng xecmăng Để tránh lọt khí phải dùng nhiều xecmăng , theo thí nghiệm nếu dùng 3 xecmăng thì xecmăng thứ 3 áp suất giảm xuống còn khoảng 5%P2 , khi lắp xecmăng quay các miệng lệch nhau 1800 Hình 2.15 : Sơ đồ tác dụng bao kín của xecmăng khí Kết cấu của xecmăng khí chỉ khác nhau ở tiết diện ngang , xecmăng khí có rất nhiều kiểu tiết diện ngang khác nhau Hình 2.16 : Tiết diện xecmăng khí - hình a là loại tiết diện hình chữ nhật , là loại thông dụng nhất và đơn giản nhất , chiều cao h càng lớn càng khó khít với xilanh , áp suất nén trên xilanh giảm và trọng lượng tăng lên - Để tăng áp suất , nâng cao khả năng bao kín mặt lưng xecmăng có khi làm thành mặt côn có góc b = 15’á30’ hoặc độ côn góc b=20 , đoạn mặt trụ có chiều cao e ằ h/3 (b,c) - Do gia công thành mặt côn tương đối khó nên người ta dùng loại xecmăng không đối xứng , mặt lưng vẫn là mặt trụ (d,e,g) loại này khi lắp vào xilanh lưng bị vênh lên thành mặt côn (x 37). Do vậy xecmăng chỉ tiếp xúc với xilanh ở một phần mặt lưng xecmăng . Vì vậy áp suất tiếp xúc cao , ít lọt khí và chóng rà khít hơn. Hình 2.17 : Biến dạng của tiết diện xecmăng không đối xứng khi lắp vào xilanh - Hình h là loại xecmăng có tiết diện hình thang ngoài tác dụng tăng áp suất khí nén trên mặt xilanh ra còn có khả năng tránh kết muội - Để cải thiện quá trình chạy rà , rà khít bề mặt xecmăng với xilanh , và tăng áp suất tiếp xúc người ta dùng xecmăng có tiết diện (i) nếu như các rãnh ở mặt lưng sâu dễ gây kết tụ muội than . Để cải thiện quá trình chạy rà , người ta còn dùng loại xecmăng có gắn một vòng bằng đồng hoặc nhiều vòng bằng thép Hình 2.18 : Xecmăng có ghép vòng đồng và vòng thiếc - Loại xecmăng có tiết diện (k) là loại xecmăng tổng hợp tất cả các ưu điểm của xecmăng có tiết diện đơn giản . Do loại xecmăng này gia công phức tạp nên ít sử dụng Để xecmăng khí được mòn đều ít lọt khí và ít kết muội than cần để xecmăng quay tự do quanh tâm xilanh Đối với động cơ 2 thì phối khí bằng lỗ nên không để xecmăng quay tự do được mà phải cố địng xecmăng bằng cách đóng chốt trong rãnh xecmăng để miệng xecmăng không quay được Hình 2.19 : Cố định xecmăng của động cơ Miệng xecmăng có thể cắt theo nhiều kiểu khác nhau Hình 2.20 : Miệng của xecmăng khí - Loại a : miệng cắt thẳng , loại này dùng phổ biến trong động cơ cao tốc , miệng cắt kiểu này đơn giản ,dễ chế tạo ,nhưng dễ lọt khí - Loại c : cắt vát một góc 35á450 được dùng khá nhiều trong động cơ cao tốc , cũng như trong động cơ tốc độ thấp , loại miệng này ít lọt khí hơn - Loại d : miệng xếp chồng (bậc thang) dùng cho động cơ tốc độ thấp , bao kín tốt nhưng ít sử dụng vì khó chế tạo. - Loại e : cắt bạc khuyết dùng động cơ 2 thì và động cơ 4 thì Điezen 2.2.4.2 Xecmăng dầu : Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong , xecmăng khí dù đốt đến đâu cũng không thể ngăn được dầu nhờn sục vào buồng đốt của động cơ ngược lại xecmăngkhí còn bơm dầu vào buồng đốt tác dụng bơm dầu của xecmăng Hình 2.21 : Tác dụng bơm dầu của xecmăng khí - Khi piston đi xuống xecmăng vét dầu, dầu tụ vào trong rãnh xecmăng (a) - Khi piston đi lên , xecmăng tiếp xúc với rãnh ở mặt dưới do đó dồn dầu đi lên phía trên(b) - Khi piston đi xuống lần thứ hai , xecmăng tiếp xúc ở mặt trên ép số dầu tụ ở phía trên đi lên cao hơn nữa (c), cứ như thế dầu nhờn sẽ chạy vào buồng cháy. Kết cấu xecmăng dầu có rất nhiều loại khác nhau Hinh 2.22 : Kết cấu xecmăng dầu - Loại tiết diện có hình dạng thang (a,e) lưỡi dao, mặt làm việc là mặt côn , nhằm mục đích nâng cao áp suất tiếp xúc trên vành xilanh - Trong rãnh xecmăng dầu, đầu có khoan lỗ hoặc phay rãnh thoát dầu (k ,f ) Hình 2.23 : Xecmăng dầu tổ hợp và vòng lò xo đệm - Nhiều khi để tăng áp suất tiếp xúc người ta đệm vào trong rãnh một vòng lò xo (a) hoặc dùng loại xecmăng dầu tổ hợp đặc biệt bằng thép (b) ,loại này gồm hai vòng thép mỏng đặt ấp hai bên vòng lò xo đệm . 2.3 Chốt piston : 2.3.1 Nhiệm vụ: Chốt piston là chi tiết máy nối piston với thanh truyền ,nó truyền lưc tác dụng khí thể tác dung lên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu 2.3.2 Điều kiện làm việc : Trong quá trình làm việc piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn ,các lực này đều thay đổi theo chu kỳ , đồng thời có tính chất va đập mạnh ,nhất là trong động cơ cao tốc . Do nhiệt đô làm việc của piston tương đối cao mà chốt piston không được xoay tròn trong bệ đỡ nên rất khó bôi trơn, ma sát dưới dạng nửa ướt chốt piston dễ bị mòn . Nếu trong quá trình làm việc chốt bị gẫy vỡ ,động cơ sẽ bị hư hỏng nghiêm trọng . 2.3.3 Vật liệu chế tạo : Do điều kiện làm việc hết sức phức tạp nên chế tạo chốt bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền và độ cứng vững ,chốt piston phải nhiệt luyện theo công nghệ đặc biệt , đảm bảo bề mặt chốt có độ cứng vững cao , chống mòn tốt , nhưng ruột chốt phải có độ dẻo để chống mỏi tốt. Mặt chốt phải mài bóng để tránh ứng suất tập trung khi lặp ghép chốt và đầu nhỏ thanh truyền khe hở phải nhỏ néu không chốt sẽ bị va đập lớn ,dễ bị hỏng. Vật liệu chế tạo thưòng dùng là thép cácbon và thép hợp kim Các loại thép thường dùng : 20 ; 20XY ; 15XA ; 15XMA ; 12XH3A ; 118XHMA Thép cácbon và thép hợp kim có thành phần các bon thấp khi nhiệt luyện phải thấm than rồi tôi để bề mặt đạt độ cứng cao Loại thép cácbon thành phần các bon thấp tương đối dẻo dễ thấm than nhưng sức bền không cao . Thép cácbon thành phần các bon trung bình như : 35, 40, 45 cũng thường dùng chế tạo chốt của động cơ tốc độ trung bình và thấp . Đối với các động cơ đốt trong tốc độ cao thường dùng chốt piston làm bằng thép hợp kim có hàm lượng các bon thấp Chốt làm bằng thép cácbon và thép hợp kim có thành phần các bon trung bình sau khi tôi cao tần độ cứng đạt RCm=58 á65,RCl = 26 á 30 Chốt làm bằng thép cácbon và thép hợp kim thành phần các bon thấp sau khi thấm than độ cứng cao RCm=58 á62,RCl = 26 á 30 2.3.4 Kết cấu và kiểu lắp ghép chốt : 2.3.4.1 Kết cấu : Kết cấu của chốt piston rất đơn giản đều là hình trụ rỗng để cho nhẹ , các chốt chỉ khác nhau ở bên trong chốt Hình 2.24 : Chốt piston Hình a : mặt bên trong có dạng hình trụ dễ chế tạo Hình c,d,e mặt bên trong côn tuy gia công phức tạp hơn nhưng nhẹ hơn và có sức bền đồng đều hơn thường dùng trong động cơ cao tốc Chiều dài chốt nhỏ hơn đường kính piston để khi làm việc chốt không bị tì vào xilanh. 2.3.4.2 Lắp ghép : Do đIều kiện làm việc và kết cấu mà ta có các phương pháp lắp ghép chốt piston với piston và đầu nhỏ thanh truyền Lắp ghép chốt piston thường có 3 kiểu : Cố định chốt piston trên bệ chốt piston : Hình 2.25 : Lắp cố định chốt piston trên bệ chốt piston Khi lắp ghép theo kiểu này chốt piston được cố định bằng nhiều bulông Ưu điểm : Do chốt cố định trên bệ chốt nên không có sự chuyển động tương đối giữa chốt và bệ chốt ,vì vậy bệ chốt có thể làm ngắn, bệ đỡ không cần bọc lót , không cần bố trí đường dầu bổi trơn Nhược điểm : - Do bệ chốt làm ngắn đi , khoảng cách giữa hai gối đỡ nặng lên dẫn đến độ võng của chốt tăng lên. - Do cố định hai đầu nên trên bệ chốt phải khoan lỗ ren gây ứng suất tập trung, chốt cũng phải khoan khi nhiệt luyện dễ bị hỏng - Chốt bị mòn không đều ,vùng chịu lực không thay đổi dẫn đến chốt dễ bị mỏi . - Dùng bulông cố định, trọng lượng của nhóm piston tăng lên Như vậy phương pháp lắp ghép này ngày nay không dùng nữa. Cố định chốt trên đầu nhỏ thanh truyền : Hình 2.26 : Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền Khi lắp theo kiểu này chốt piston được bắt chặt trên đầu nhỏ thanh truyền bằng bulông ưu điểm : Đầu nhỏ thanh truyền không cần dùng bạc lót , không cần bố trí đường dầu bôi trơn , có thể tăng chiều dài của bệ chốt để giảm độ võng của bệ chốt Nhược điểm : - Mài mòn không đều và vùng chịu lực cũng không thay đổi nên chốt cũng dễ bị bào mòn - Đối với loại piston làm bằng hợp kim nhẹ , phương pháp lắp này yêu cầu cần phải để khe hở giữa bệ chốt với chốt tương đối lớn lên dễ gây hiện tượng gõ chốt khi máy nông, vì vậy bệ chốt thường dùng bạc lót . c) Chốt piston lắp tự do: - Chốt không cố định trên đầu nhỏ thanh truyền mà cũng không cố định trên bệ chốt - Trong quá trình làm việc chốt không thể quay xung quanh đường tâm chốt Hình 2.27 : Chốt piston lắp ghép tự do - Do chốt xoay tự do quanh đường tâm của nó nên mòn rất đều và xoay như vậy nên mặt chịu lực luôn thay đổi khiến cho chốt ít bị mòn - Nếu chốt có bẩn (mạt kim loại ,tạp chất cơ học ) chui vào làm kẹt chốt với đầu nhỏ hay bệ chốt thì chốt vẫn có khả năng làm việc - Khe hở giữa chốt với đầu nhỏ và bệ chốt cần phải thiết kế tốt để tránh va đập - Hạn chế không cho chốt di động theo đường tâm chốt để tránh cào xước mặt xilanh - Phải đảm bảo bôi trơn chốt piston bằng phương pháp cưỡng bức hoặc hứng dầu Hình 2.28 : Lỗ hứng dầu bôi trơn cho bệ chốt - Trên bệ chốt khoan lỗ hứng dầu hoặc khoan lỗ lấy dầu từ phía dưới xecmăng dầu đến bệ chốt 2.4/ Tính toán kiểm nghiệm sức bền chốt piston động cơ Jil 130 : Chốt piston làm việc trong trạng thái chịu uấn , chịu cắt , chịu lực va đập và biến dạng . Vì vậy phải tính sức bền của chốt ở các trạng thái chịu lực : 2.4.1 Tính ứng suất uấn : Ta coi chốt piston như một dầm đặt tự do trên hai gối tựa . Khi chốt bị uấn lực tác dụng phân bố gần giống hình b, người ta có thể coi lực phân bố theo hình a,c . Khi có lực khí thể cực đại Pz chốt piston bị uấn nhiều nhất ở tiết diện I-I nằm giữa chốt . Momen uấn ở tiết diện này là : WU : Modul chống uấn của chốt rỗng Mà dcp : đường kính chốt piston (m) d0 : đường kính trong của chốt (m) L : khoảng cách hai gối đỡ (m) Ld : chiều dài đầu nhỏ thanh chuyền (m) => => Nếu coi lực tác dụng phân bố như sơ đồ X-30c thì ta có ứng suất uấn . Coi lực tác dụng ở điểm cách đầu mút chốt piston một khoảng L1 : chiều dài làm việc bệ chốt ứng suất uấn là : Ta có : = 0,03925( 0,0812 + 2.0,04545 - 1,5.0,03575) = 0,00465 = 1,2.0,0283( 1 - 0,67854) = 0,0000206 => Nếu coi L1 ằ Ld thì : 2.4.2 Tính ứng suất cắt : Chốt piston chịu cắt ở tiết diện II . ứng suất cắt xác định theo công thức : Fcp : tiết diện ngang của chốt (m2) Ta có : 2.4.3 ứng suất tiếp xúc trên đầu nhỏ thanh truyền : - Tính ứng suất tiếp xúc nhằm mục đích kiểm tra điều kiện bôi trơn của chốt piston Đối với chốt lắp tự do [Kd] = 20á35 MN/m2 Đối với chốt lắp cố định [Kd] = 30á40 MN/m2 2.4.4 ứng suất biến dạng : - Do lực phân bố trên chiều dài của chốt không đồng đều nên ứng suất trên các tiết diện khác nhau cũng khác nhau ở khoảng giữa chốt piston , lực tác dụng lứn nhất nên biến dạng cũng nhiều nhất , chốt piston biến dạng thành hình ovan. Hình 2.29 Biến dạng của chốt piston Giáo sư Kinaxots Vili đã thí nghiệm với các loại chốt piston có tỉ số : và đã đưa ra một số công thức để tính ứng suất biến dạng . Ông giả thiết rằng lực tác dụng trên chiều trục của chốt piston phân bố theo đường parabol có số mũ từ 2,5 á3 lực trên phương thẳng góc với đường tâm chốt phân bố theo đường sin. Hình 2.30 Quy luật phân bố lực trên chốt piston Độ biến dạng trên tiết diện ngang tính theo công thức sau : K: Hệ số hiệu đính chính xác theo a => E : Môdul đàn hồi đối với các loại thép có thể chọn E = 2.105 MN/m2 Độ biến dạng tương đối : Ta có : Do sự biến dạng thành hình ovan nên trong tiết diện của chốt piston sản sinh ứng suất biến dạng . Trên các điểm 1, 2, 3 , 4 có ứng suất lớn nhất . Hình 2.31 ứng suất biến dạng trên tiết diện chốt piston. ứng suất biến dạng được tính theo công thức : - Tại điểm 1 trên mặt ngoài góc j = 00 ứng suất kéo - Tại điểm 3 trên mặt ngoài góc j = 900 ứng suất nén - Tại điểm 2 trên mặt trong góc j = 00 ứng suất nén : - Tại điểm 4 trên mặt trong j = 900 ứng suất kéo : Theo tính toán ở điểm 2 có ứng suất nén lớn nhất và ở điểm 4 có ứng suất kéo lớn nhất. Những chỉ tiêu cơ bản về ôtô Jil 130 : STT Chỉ tiêu ôtô Jil 130 Đ/v 1 Tải trọng có ích của ôtô 6000 kg 2 Khung cầm ôtô 6600 kg 3 Trọng lượng của móc hoặc móc với một cầu với hàng được kéo trên đường bê tông dải nhựa 8000 kg 4 Trọng lượng khung gầm với buồng lái 3700 kg 5 Trọng lượng toàn phần của ôtô 10525 kg 6 Trọng lượng toàn phần của ôtô có móc và hàng 18525 kg 7 Phân bố trọng lượng xe có hàng +Lên trục trước +Lên trục sau 2625 7900 kg kg 8 Chiều dài A 6675 mm 9 Chiều dài B 2500 mm 10 Chiều cao B tính theo buồng lái (không có hàng) 2400 mm 11 Khoảng cách G từ trục trước ôtô đến thành sau buồng lái 1643 mm 12 Khoảng cách Д từ thanh bảo hiểm trước đến trục trước ôtô 1075 mm 13 Đáy E của ôtô 3800 mm 14 Khoảng cách И từ trục bánh đến mút sau giá xe 1462 mm 15 Độ cao bốc hàng C của sàn xe không có hàng 1450 mm 16 Chiều cao trong K sàn xe 575 mm 17 Chiều rộng trong H sàn xe 2326 mm 18 Chiều dài trong M sàn xe 3752 mm 19 Khoảng cách P giữa các điểm giữa của hai cặp bánh sau 1790 mm 20 Khoảng cách P giữa các bánh trước tính ở mặt đường 1800 mm Số liệu vận hành STT Chỉ tiêu ôtô Jil 130 Đ/v 1 Tốc độ lớn nhất ôtô khi chở tải trọng có ích 90 2 Đoạn đường từ lúc phanh đến khi dừng hẳn của ôtô chở đầy hàng chạy ở tốc độ 50 27 m 3 Lượng tiêu thụ nhiên liệu 29 4 Bán kính biến dạng quay tính theo điểm ôtô ở xa tâm quay nhất 8,9 m 5 Khoảng cách gầm bé nhất khi tải trọng đầy 270 mm Dung lượng nạp STT Chỉ tiêu ôtô Jil 130 Đ/v 1 Két nhiên liệu 170 lít 2 Hệ thống bôi trơn -Không có bộ tản nhiệt dùng dầu -Có bộ tản nhiệt dùng dầu 8,0 8,0 l l 3 Hệ thống làm mát động cơ -Không có thiết bị sưởi và thiết bị tăng áp -Có thiết bị sưởi và thiết bị tăng áp 26 29 l l Các số liệu chủ yếu điều chỉnh và kiểm tra STT Chỉ tiêu ôtô Jil 130 Đ/v 1 Khe hở giữa thân van và đòn gánh của động cơ đối với các van nạp và xả trên động cơ (nguội) 0,25á 0,3 mm 2 Khe hở giữa các tiếp của bộ ngắt điện 0,3á0,4 mm 3 Khe hở giữa các điện cực buzi 0,85á1 mm 4 áp suất dầu bôi trơn trong động cơ mới , lúc xe chạy với 40, gài số 5 2á4 5 áp suất dầu lúc bé nhất trong động cơ đã tăng nhiệt đến nhiệt độ làm việc ở hành trình chạy không 0,5 6 áp suất không khí dẫn động phanh bằng khí nén 5,6á7,4 7 Nhiệt độ bình thường của chất lỏng trong hệ thống làm mát động cơ 80á95 0C 8 Độ võng của các dây đai khi chịu tác dụng lực 4KG 8á14 mm 9 Hành trình tự do bàn đạp phanh khi lắp van đơn 20á30 mm 10 Hành trình tự do của mút bàn đạp phanh khi lắp van hỗn hợp 40á60 mm 11 Khoảngcách từ bàn đạp phanh đến sàn khi dận hoàn toàn vào bàn đạp 10á30 mm 12 Hành trình tự do của bàn đạp ly hợp 3590 mm 13 Hành trình tuần hoàn của bàn đạp ly hợp 180 mm Số liệu kỹ thuật sơ lược của thiết bị và những chỉ dẫn bảo dưỡng STT Chỉ tiêu ôtô Jil 130 Đ/v 1 Động cơ Jil-130 hình chữ VI bốn kỳ, dùng bộ chế hoà khí , xúp páp đặt trên , làm bằng chất lỏng 2 Số lượng , tư thế xilanh : 8 lệch nhau 90 3 Đường kính xilanh và hành trình piston : 100*95mm 4 Thể tích làm việc của xylanh 6 lít 5 Độ nén 6,5 6 Mômen xoắn lớn nhất : 1800á2000 41 KGm 7 Mômen xoắn lớn nhất ở : 2200á2400 theo SAE 42 KGm 8 Công suất (theo bộ phận hạn chế số vòng quay ở 3000 150 ngựa 9 Suất tiêu hao nhiên liệu g/ngựa -Khối xylanh của động cơ làm bằng gang -Nắp khối xylanh làm bằng hợp kim nhôm ,có các đế van và van dẫn hướng -Pittông làm bằng hợp kim nhôm và mạ thiếc -Chốt pittông kiểu tuỳ động .Hai vòng hãm cố định chốt trong pittông -Xecmăng : Đặt 4 xecmăng vào mỗi pittông , 2xecmăng khi trên được mạ Crôm ở mặt trụ ngoài -Thanh truyền bằng thép tiết diện chữ I bôi trơn chốt bằng cách phun -ổ trục chính và ổ thanh truyền có thành mỏng bằng thép và hợp kim nhôm -Trục khuỷu bằng thép có các ngỗng đã tôi ,các lỗ litâm để làm sạch dầu -Bánh đà bằng gang ,có vành răng thép để khởi động động cơ từ bộ khởi động 240 kết luận Trên đây là toàn bộ đề tài mà em đã thực hiện đầy đủ với nội dung “ Nghiên cứu về kết cấu trục khuỷu thanh truyền , nhóm piston “ Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù còn gặp nhiều khó khăn nhưng em đẫ hoàn thành tốt. Qua đây em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Thày giáo Vũ Đình Nhu giảng viên bộ môn “ Cấu tạo động cơ đốt trong “ và toàn thể các thày cô giáo bộ môn khác đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành tốt bản đồ án này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Nhà máy kiểm định , bảo dưỡng và sửa chữa Z157 ; Tổng cục kỹ thuật - Tiểu đoàn 384 đã tạo điều kiện tốt cho em trong quá trình thực tập. Mặc dù bản đồ án đã được hoàn thành nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót , em rất mong sự góp ý của các thày cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiện hơn . Em xin trân thành cảm ơn . Học sinh : Đỗ Ngọc Hội mục lục Trang Lời nói đầu ...............................................................................................................................................................1 Chương I: Nhiệm vụ , kết cấu chung của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền .......2 1.1 Nhiệm vụ ..........................................................................................................................2 1.2 Kết cấu ..............................................................................................................................2 1.2.1 Piston...................................................................................................................2 1.2.2 Xecmăng.............................................................................................................2 1.2.3 Chốt piston........................................................................................................3 1.2.4 Thanh truyền...................................................................................................3 1.2.4.1 Đầu nhỏ thanh truyền...........................................................................3 1.2.4.2 Thân thanh truyền .................................................................................6 1.2.4.3 Đầu to thanh truyền .............................................................................7 1.2.4.4 Thanh truyền ôtô Jil 130 ....................................................................8 1.2.5 Bulông biên ....................................................................................................9 1.2.6 Bạc biên .........................................................................................................10 1.2.7 Trục khuỷu ....................................................................................................11 1.2.7.1 Đầu trục khuỷu ....................................................................................13 1.2.7.2 Cổ trục khuỷu .......................................................................................13 1.2.7.3 Chốt khuỷu ............................................................................................13 1.2.7.4 Má khuỷu ...............................................................................................14 1.2.7.5 Đối trọng ................................................................................................15 1.2.7.6 Đuôi trục khuỷu ..................................................................................15 1.2.7.7 Trục khuỷu ôtô Jil 130 .....................................................................16 1.2.8 Bánh đà .............................................................................................................17 Chương II : Nhiệm vụ cụ thể , điều kiện làm việc , vật liệu chế tạo , kết cấu nhóm piston .................................................................................................18 2.1 Piston ...............................................................................................................................18 2.1.1 Nhiệm vụ ........................................................................................................18 2.1.2 Điều kiện làm việc .....................................................................................18 2.1.2.1 Tải trọng cơ học ..................................................................................19 2.1.2.2 Tải trọng nhiệt ......................................................................................19 2.1.2.3 Masat và ăn mòn hoá học ...............................................................19 2.1.3 Vật liệu chế tạo ...........................................................................................20 2.1.4 Kết cấu ............................................................................................................24 2.1.4.1 Đỉnh piston ............................................................................................25 2.1.4.2 Đầu piston ............................................................................................26 2.1.4.3 Thân piston ...........................................................................................29 2.1.4.4 Kích thước kinh nghiệm của piston ..........................................32 2.2 Xecmăng ........................................................................................................................32 2.2.1 Nhiệm vụ ........................................................................................................32 2.2.2 Điều kiện làm việc .....................................................................................32 2.2.3 Vật liệu chế tạo ...........................................................................................33 2.2.4 Kết cấu ............................................................................................................35 2.2.4.1 Xecmăng khí ........................................................................................35 2.2.4.2 Xecmăng dầu ........................................................................................38 2.3 Chốt piston ....................................................................................................................40 2.3.1 Nhiệm vụ ........................................................................................................40 2.3.2 Điều kiện làm việc......................................................................................40 2.3.3 Vật liệu chế tạo.............................................................................................40 2.3.4 Kết cấu ............................................................................................................41 2.4 Tính toán sức bền chốt piston ôtô Jil 130 .......................................................45 2.4.1 Tính ứng suất uấn .......................................................................................45 2.4.2 Tính ứng suất cắt ........................................................................................46 Những thông số cơ bản của ôtô Jil 130 ......................................................................................48 Kết luận ....................................................................................................................................................52