tính kiểm nghiệm bền thanh truyền

Trêng §HSPKT Hng Yªn

111Equation Chapter 1 Section 1NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ cña gi¸o viªn híng
dÉn
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Hng Yªn, ngµy...... th¸ng...... n¨m 2011.

Gi¸o viªn híng dÉn
Vũ Đình Nam

• 1
Đồ án môn học

1


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

LI NểI U
Trên thế giới không chỉ ở các nớc phát triển ôtô đã đóng vai trò hết sức
to lớn trong mọi lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Với xu thế hội nhập ngày
nay khi đất nớc ngày càng phát triển và tiến trình CNH-HĐH đất nớc đang
diễn ra mạnh mẽ ôtô càng phát huy tầm quan trọng của mình trong mọi lĩnh
vực giao thông, vận tải xây dựng và sản xuất.
Sau khi học xong môn thiết kế tính toán ôtô với đề tài đợc giao Tính
toán và kiểm nghiệm bền cho thanh truyền.
Trong quá trình thực hiện đề tài đợc sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các
thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn Khổng Văn Nguyên
đến nay em đã 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
kiếm tài liệu chuyên nghành, vận dụng các kiến thức đã học và kinh nghiệm
bản thân song với khả năng, trình độ cũng nh kinh nghiệm còn ít nên chắc
chắn không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót vì vậy em rất mong
nhận đợc sự đánh giá nhận xét của các thầy cô trong khoa và các bạn sinh

viên để đề tài của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo trong khoa Cơ Khí Động
Lực Trờng ĐHSPKT Hng Yên.
Em chân thành cảm ơn!
Khoỏi Chõu, ngy thỏng
nm 2011

2
ỏn mụn hc

2


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Phn I: Tng quan v c cu thanh truyn
1.1. Nhiệm vụ.
Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ
truyền lực khí thể từ piston làm quay trục khuỷu và điều khiển piston làm việc
trong quá trình nạp, nén, xả. Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston
thành chuyển 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 quán
tính 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 dọc
và khi đổi chiều chuyển động thì có lực quán tính làm nó bị uốn ngang.
1.3. Vật liệu chế tạo
Thanh truyền thờng đợc chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim
với phơng pháp rèn khuôn. Các loại vật liệu nặng cơ tính tốt, sức bền mỏi cao,

đảm bảo yêu cầu làm việc.
1.4. Kết cấu Thanh truyền.
1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:

Bạc đầu nhỏ
Đầu nhỏ thanh truyền
Thân thanh truyền
Bulông bắt nắp đầu to
Nửa trên thanh truyền
Bạc đầu to thanh truyền
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 nhỏ
Là bộ phận để lắp chốt píton, nó có cấu tạo hình trụ rỗng bên trong có
bạc lót có khoan lỗ dầu để bôi trơn. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc
vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép và có lắp bạc bằng đồng

Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền

3
ỏn mụn hc

3


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Trong các hình trên (1.2a, b) đợc dùng phổ biến nhất trên các động cơ
ôtô hiện nay vì khả năng bôi trơn hoàn thiện, dầu đợc dàn đều trên bề mặt bạc
lót. Hoạt động đồng đều.
b. Thân thanh truyền
Là 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 đến đầu to để phù hợp với lực quán tính lắc của thanh truyền

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 + Hình 1.3e thân có tiết diện hình
nhật,
elip

Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip, chữ I. Tuy
nhiên hiện nay dạng tiết diện thân thanh truyền hình chữ I đợc dùng phổ biến
trên động cơ ôtô 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/l
c. Đầu to thanh truyền
Kết 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 2 nửa nửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to.

Hình 1.4. Kết cấu cố định bạc lót trên đầu to thanh truyền
1. Vấu lỡi gà định vị
2. Bạc lót

4
ỏn mụn hc

4


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Kích thớc đầu to phụ thuộc vào chốt khuỷu.Để tăng độ cứng vững của
trục khuỷu ngời ta sử dụng trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ chốt và cổ
trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục

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, tăng đờng 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 nhỏ có ép vào 1 bạc đồng mỏng dày 14mm để giảm ma sát, chống
mòn. Bạc đợc ép vào 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 trơn trong 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 có thể 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 tính của 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 thành
phần crôm, mangan, niken...Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bu lông thanh
truyền có hàm lợng kim loại quí càng nhiều.
d) Kết cấu.
5
ỏn mụn hc

5

Trờng ĐHSPKT Hng Yên

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
bằng bu lông ( hình 1.6a) và gugiông (hình 1.6b).
- 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

6
ỏn mụn hc

6


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Phn II: Tớnh toỏn kim nghim bn
2.1. Thụng s cho trc
Loai động cơ:
Kiểu động cơ:
Cụng sut ng c:
Số vòng quay động cơ:
Suất tiêu hao nhiên liệu:
Số kỳ:
Đờng kinh xilanh:
T s nộn:
Hanh trinh piston:
Số xilanh:

Thứ tự nổ:
Chiều dài thanh truyền:
Khối lợng nhóm piston:
Khối lợng thanh truyền:
p suất khí thể ln nht:

Động cơ Diesel, không tăng áp
một hàng
79 mó lc
4750 (vòng/phút)
193 ( g /ml.h)
04 k
92 (mm)
18,7
96 ( mm)
04
1-3-4-2
150 (mm)
0,9 (kg)
1,1 (kg).
5,9 (Mpa)

2.2. Cỏc thụng s tớnh toỏn
- Từ các thông số đầu bài cho ta chọn loại xe tính toán là động cơ Diesel, 4
xy lanh thẳng hàng. Với đờng kính piston D = 92
(mm)
- Thụng s kt cu: =
cp

+ Đờng kính chốt piston (d ):

ữ

cp

d = (0,3 0,45)D = (27,6)


cp

Chọn d = 30 (mm)
7

ỏn mụn hc

7


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
b

+ Đờng kính bệ chốt (d ):
ữ

b

cp

d = (1,3 1,6)d = (39)

b

Chọn d = 40

(mm)
0

+ Đờng kính lỗ trên chốt (d ):
ữ

0

cp

d = (0,6 0,8) d = (18 )


0

Chọn d = 22 (mm)
Chiều dài bạc lót = (0,08-0,085)dcp = (2,4 )


Chọn = 2,5

(mm)

Khe hở hớng kính bạc lót và chốt pittông = 0,001.dcp = 0,03
ng kớnh ngoi bc =(1,1-1,25)(33-37,5) (mm)
Chn

=> r1=17 (mm)
ng kớnh ngoi =(1,3-1,7)=(39-51) (mm)
Chn d2=40 (mm)
=> r2=25(mm)
Ta cú =1,17<1,5

(mm)

Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền
= (0,28-0,32)D = (25,76-29,44)
Chn ld=28
ng kớnh cht khuu: dch=(0,56-0,75)D=(51,52-69)
Chn dch=52
Đờng kính trong đầu to thanh truyền:
1

ch

'1

'2

D = d +2.(
+ +
D: Đờng kính xy lanh; D=92

(mm)
(mm)

3 )

1

D : Đờng kính trong đầu to thanh truyền
ch

d : Đờng kính chốt khuỷu
'1

: Chiều dày vỏ thép bạc lót;

'1

ữ

= (0,03 0,05) d



'
1

Chọn
=2
8
ỏn mụn hc

ch

=(1,56-2,6)

(mm)

8


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
'2

: Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu;
' 2

Chọn
3

' 2

ữ

ch

=(0,0045 0,005)d =(0,234-0,26)

=0,25

(mm)

'

3

: Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn;

'

ữ

= (0,2 0,7)

(mm)

3
'

Chọn
= 0,7
Chiu dy bc lút: tbl=4


1

D =52+ 2.(2+ 0,24+ 0,7) =58 (mm)

(mm)

2

Gọi D : Đờng kính ngoài đầu to thanh truyền
D2
D1

= =1,17
2

1

D = 1,17. D =1,17.58 =68
Chiều dài đầu to
= (0,45 - 0,95 ) =(27,9-58,9)
Chọn =43 (mm)

(mm)
(mm)

9
ỏn mụn hc

9


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Phn III: Khi lng nhúm thanh truyn
- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ m 1=(0,275-0,35)mtt =(0,30250,385)
Chọn m1=0,35
(kg)
- Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền.
m2= (0,650-0,725)mtt =(0,715-0,7975)
(kg)

Chọn m2=0,75
Bng thụng s tớnh toỏn
Thông số

Kí
hiệu

Đờng kính chốt piston

Giá trị

Đơn vị

cp

30

(mm)

b

40

(mm)

0

22

(mm)

(mm)
(mm)
(mm)
(mm)

d
Đờng kính bệ chốt
d
Đờng kính lỗ trên chốt
d
Chiu di u nh thanh truyn
Chiều dày bạc lót
Khe hở hớng kính bạc lót và chốt pittông
Chiều dày vỏ bạc lót



'1

28
2,5
0,03
2

Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu

' 2

0,25

(mm)

Chiu dy lp hp kim chu mũn l

'3

0,7

(mm)

Bán kính trong đầu nhỏ thanh truyền
Bán kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền
Đờng kính trong đầu to thanh truyền

r1
r2
1

17
20
58

(mm)
(mm)
(mm)

2

68

(mm)

43
0,35
0,75

(mm)
(kg)
(kg)

52

(mm)

D
Đờng kính ngoài đầu to thanh truyền
D
Chiều dài đầu to
Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ
Khối lợng thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh
truyền
Đờng kính chốt khuỷu

m1
m2
d

ch

3.1. Tớnh toỏn kim nghim bn

3.1.1. Tớnh sc bn ca u nh thanh truyn
Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:
10
ỏn mụn hc

10


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

+
+
+
+

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 phụ 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.
Nếu động cơ có bộ điều tốc hoặc bộ hạn chế tốc độ vòng quay thì tính toán ở
chế độ này cũng là tính toán ở chế độ số vòng quay giới hạn lớn nhất của
động cơ. Nếu không có bộ phận giới hạn số vòng quay (hoặc bộ điều tốc) thì
số vòng quay lớn nhất nmax của động cơ có thể vợt quá số vòng quay ở chế độ
công suất lớn nhất ne=25%

ữ

30% tức là: Nmax =(1,25

ữ

1,30) ne

Hình 2.1- Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền
a. Tính sức bền đầu nhỏ khi chịu kéo
Tính trên giả thiết sau: Coi đầu nhỏ là một dầm cong đợc ngàm hai đầu, vị trí
ngàm là chỗ chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân (tiết diện c-c) ứng với góc
bằng.



H
+ 1
0
2
= 90 + arccos
r2 + 1

(2-1)
Trong đó:
1

bán kính trong của đầu nhỏ: : r =17
bán kính ngoài đầu nhỏ; r2 =20
H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ.
1

(mm)
(mm)

: Bán kính góc lợn nối đầu nhỏ với thân thanh truyền chọn theo hệ số thc
nghiệm.
Đối với thanh truyền có bán kính ngoài đầu nhỏ la 25 thì chọn
11
ỏn mụn hc

11


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

(mm)


=



(mm).

la bán kính trung bình đầu nhỏ
Thay vào (2-1):
=
Do tính chất đối xứng của ngàm nên khi tính toán, ta cắt bỏ một nửa và
thay thế 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 .


NA = p j .

(0,00033 0,0297 )

(0,572 0,0008 )

(Nm)
(MN)

Giá trị của trong hai biểu thức trên tính theo độ.
Trong đó:
pj : Lực quán tính của nhóm piston
Ta có : pj = mnp.R.
Với:

2



.(1+ )

np

m :Khối lợng nhóm piston.
np

m = mp+m1=0,9+0,35= 1,25


+ : Tham số kết cấu;



(kg)

=R/l=S/2l= 0,32

.n N

+



=

30

:

.n N



30

==497,17

+ =
R=S/2=96/2= 48
Thay vào (2-3) :





(rad/s)
(mm)

3

2

pj = 1,25.48.10 .497,17 .(1+ 0,32) = 19576,498(N)=1,958.

(MN)

: Bán kính trung bình đầu nhỏ;

=21
Do ó:

(mm)
3

0

MA=0,019576498.18,5.10 .(0,00033.110 -0,0297)=1,19.10-6

12
ỏn mụn hc

12

(MNm)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
0

NA=0,019576498.(0,572-0,0008. 110 ) = 9,48.10-3
(MN)
- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình


của đầu nhỏ
Pj
2

là lực phân bố có giá trị là:

=

q=
=0,53
(MN)
Trên cơ sở giả thiết nêu trên, ta xây dựng sơ đồ tính toán và biểu thị ở

Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng khi đầu nhỏ thanh truyền chịu kéo

Dựa vào sơ đồ đó, ta có thể xác định các đại lợng mô men uốn và lực kéo tại
tiết diện bất kì của dầm cong. Dầm cong bao gồm hai cung: cung có lực phân
bố (

( x 90 0 )

) và cung có lực phân bố

( x 90 0 )

.

( x 90 0 )

- Khi
ta có :
Mụmen un:
Mj=MA+NA(1cosx)-0,5.Pj.(1-cosx)
Lực kéo:
x

Nj = NAcos +0,5Pj (
( x 90 )

1 cos x

)

(2-4)
(2-5)

0

- Khi
Mô men uốn :

ta có :

Mj = MA + NA
Lực kéo:
x

(1 cos x ) 0,5 Pj (sin x cos x )

Nj = NAcos +0,5Pj (

sin x cos x

13
ỏn mụn hc

13

)

(2-6)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Từ các biểu thức (2-4) và (2-5), ta thấy Mj và Nj trên cung BC (
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. (sin


Njc = NAcos + 0,5PJ(sin









x 90 0

) có giá



cos )

cos )

Thay MA, NA, , , và PJ vào (2-6) ta đợc:
3

0

0

Mjc=1,19.10 +9,48.10 .18,5.10 (1-cos110 )-0,5.18,5.10 . (sin110 -6

-3

-3

0

0

cos110 )=4,46.10-6
0

(MN.m)

N jc=9,48.10-3cos110

0

+0,5..(sin110 -cos110 )=9,3. (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
phần của lực kéo đó, đặc trng bằng hệ số

, tức là : Nk =

N J

Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của các chi tiết mối ghép (bạc lót và đầu nhỏ)
và đợc xác định bằng biểu thức:
=

E d Fd
E d Fd + E b Fb

(2-7)

Trong đó:
5

d

2

Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; E =2,2.10 (MN/m )
5

Eb : Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót;Eb = 1,15. 10

2

(MN/m )

d

F : Tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền
d

2

3

1

3

F = ld.( r - r )=28.10-3 .2.(20.10 - 17.10 )= 168.10-6
Với:
Ld=28 l chiều dài đầu nhỏ thanh truyền;
2

2

d : Đờng kính ngoài đầu nhỏ; d =2.r2=2.20= 40
d1: Đờng kính trong đầu nhỏ; d1 = 2.r1=2.17= 34
Fb : tiết diện dọc của bạc lót.
3

3

Fb = ld.(d1 - d )=28.10 .(40.10 - 30,03.10 ) = 2,79.

b
-3

14
ỏn mụn hc

14

(m2)

(mm)
(mm)
2

(m )


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

l ng kớnh trong ca bc
+ =30+0,03=30,03 (mm)
Thay s vo ta c :
=0,54
Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ trong trờng hợp có ép bạc lót sẽ là:
nj = [ 2M j

Trên mặt ngoài :

6 + s
1

+ N J ]
s (2 + s )
ld s

(2-8)

Thay vào (2-8 ) ta đợc:
s là chiều dày đầu nhỏ. s= r2-r1=20-17= 3
tj = [2M j

Trên mặt trong :
Thay s vo ta c :

(mm)

6 s
1
+ N J ]
s(2 s)
ld s

(2-9)

Hình 2.3 ứng suất trên mặt trong và mặt ngoài của đầu nhỏ thanh truyền khi
chịu kéo.
Nếu giá trị Mj, NJ đợc tính ở mọi tiết diện bất kỳ nào của đầu nhỏ, ta sẽ tính
toán đợc ứng suất tại các tiết diện đó biết đợc quy luật phân bố ứng suất trên
mặt ngoài và 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

quán tính của khối lợng piston.
P = Pkt + Pjp = pz .Fp + Mnp.R


2

(1 +
3



)

(2-10)
2

P = 5,9. 0,006644+ 1,25. 48.10 .497,17 .(1+ 0,32) = 0,019577
Trong ó
15

ỏn mụn hc

15

(MN)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Fp : Diện tích đỉnh piston; Fp = =6644

(mm2)
mnp: khi lng nhúm piston
mnp = mp+m1= 0,9+0,35 = 1,25
(kg)
Theo Kinaxotsvili, lực P gây ra phân bố trên đầu nhỏ theo quy luật đờng
cong cosinuyt
2P cos


q=
(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
A

A

men tơng ứng N , M . Tra bảng trang 202 sách Kết cấu và tính toán động cơ
đốt trong ĐHBK.
Với:



= 1100 thì:

NA
P


= 0,4842

MA
=
P



0,00006

A



A



N = 0,00065.P
M = 0,0025. P

= 0,0065. 0,019577= 1,27.

(MN)

.

.= 0,0025. 0,019577.21.10-3=1,03.10-6 (MN.m)

Hình 2.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền.
(1 cos x ) P (

Mz2 = MA + NA.
16
ỏn mụn hc

16

sin x x
1
sin x cos x )
2



(2-13)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
cos x + P (

Nz2 = NA.
Trong công thức trên




x

sin x x
1

sin x cos x )
2



tính theo radian, chọn



x

=

(rad)

3

3

Mz2=1,03.10 +1,27..18,5.10 (1-cos)-0,019577.18,5.10 .(-)=1,18.10-4
(MN.m)
-6

(MN)
Nh đã phân tích ở trên, do lắp ghép căng bạc lót trên đầu nhỏ, nên lực pháp
tuyến tác dụng trên đầu nhỏ mà không phải là toàn bộ N Z chỉ là một phần của
Nz2=1,27..cos+0,019577. 18,5..()=.10-5

N Z .

NZ tức là
ứng suất tổng gây ra trong đầu nhỏ khi chịu nén là:
nz = [2 M z

6 + s
1
+ N Z ]
s(2 + s)
ld S

tz = [2M z

6 s
1
+ N z ]
s(2 s )
ld S

Trên mặt ngoài :

Trên mặt trong :
Thay giá trị MZ, NZ bằng MZ1, MZ2, NZ1, NZ2 theo biểu thức (2-12) và (2-13),
ta sẽ tìm đợc ứng suất tại tiết diện bất kỳ trên mặt trong và mặt ngoài của đầu
nhỏ và ta vẽ đợc biểu đồ ứng suất trên đầu nhỏ. (Hình 2.5).


nz

= [2.( 1,18.10-4).].
2

(MN/m )

=2669,11

tz

=[-2.(-1,35.10-4) .].
2

=-2974,72

(MN/m )

Hình 2.5. ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén
17
ỏn mụn hc

17


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Từ biểu đồ đó, ta thấy: ứng suất lớn nhất tại ngàm (tiết diện C -C ) tức là tại vị
x =

trí
.
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 giữa lót đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.
Độ biến dạng của đầu nhỏ khi chịu nhiệt độ là:
t = ( b tt )t.d 1

(2-14)

Trong đó :
t: Nhiệt độ trung bình của bạc lót khi làm việc.

0

t = 100 140 C, chọn t = 120 C
0

b , tt

: Là hệ số nở dài của bạc lót và đầu nhỏ.

b = 1,8.10 5

tt = 1.10

(vật liệu bằng đồng).

5



(vật liệu bằng thép).

(mm)
dụi lp ghộp ga bc lút v u nh thanh truyn
=0,00035.30=0,0105(mm)
Nếu độ dôi khi lắp ghép bạc đầu nhỏ thanh truyền là
cong của đầu nhỏ sẽ là:
+ t
d12 + d b2
d +d
à
+à
d12 d b2
d d
d1[
+
]
En
Eb
2
2
2
2

P=



thì áp suất trên mặt

2
1

2
1

( MN/m2 ) (2-15)

Trong đó:
2

d2: Là đờng kính ngoài của đầu nhỏ (mm); d = 50
b

(mm)
cp

db: Đờng kính trong của bạc lót (mm); d = 2.+ d


db = 2.0,03+30 =30,06

1

(mm)
1

d : Đờng kính trong đầu nhỏ; d = 34
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/m2
18
ỏn mụn hc

18

(mm)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên




P = 16
(MN)
ứng suất biến dạng theo công thức Lame:
ứng suất bên ngoài mặt đầu nhỏ :
n = p



2d12
d 22 d 12

=83,32

(MN/m2 )

ứng suất trên mặt trong:
t = p


(MN/m2 ) (2-16)

d 22 + d12
d 22 d 12

(MN/m2 ) (2-17)

=99,32

(MN/m2 )
ứng suất biến dạng cho phép có thể đạt đến 100 250MN/m2
d. 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:
=

1
a + m

(2-18)

Trong đó:
a =

max min
2

m =

(2-19)

max + min
2

(2-20)

2 1 0
0

=
(2-21)
Tính toán cho tiết diện nguy hiểm (tiết diện ngàm C -C ) và trên mặt ngoài
nên:
max = nj + nA

min = nz + nA

+ Với:
nj

nj

: ứng suất kéo trên mặt ngoài đầu nhỏ;
ứng suất biến dạng trên mặt ngoài đầu nhỏ;
19
ỏn mụn hc

19

2

=102,06
n

(MN/m )
2

= 83,82

(MN/m )


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

ứng suất tổng gây ra trên đầu nhỏ khi chịu nén;


nz

2

= 2669,11 (MN/m )
2

=102,06+83,82=185,88

(MN/m

2

=2669,11+83,82=2752,93
Thay vào (2-19) và (2-20) ta đợc:

(MN/m )
2

=-1283,825

(MN/m )
2

=1469,405
0

(MN/m )

: Độ bền kéo.

1

: Giới hạn bền mỏi trong chu trình đối xứng, với vật liệu thép hợp kim
=(244
Chn 295(Mpa)
(Tra bảng 1-3 trang 31, sách Chi tiết máyT1 -Nguyễn Trọng Hiệp) ta đợc
= 610 (Mpa)
.=(413472)
Chn

2.295 425
= 0,39
425

=
Thay các kết quả tính đợc vào (2-18) ta đợc:
==2,6


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.

Pjnp d tb3 ( 90 0 ) 2
10 3 EJ

(2-22)

Trong đó:
J : mô men quán tính tiết diện dọc đầu nhỏ:

ld1S 3
12

J=
=
+ Với:

33.103.(9.10 3 )3
12

=2.10-6

MN/m4

20
ỏn mụn hc

20


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
d

d

l : Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền; l = 28
s: Chiều dày đầu nhỏ; s = 4

(mm)
(mm)

jnp

P

: Lực quán tính của khối lợng nhóm piston
jnp

P =
(MN)
Thay vào (2-22) ta đợc:
=0,0894948. 10-6 (m)
Thỏa mãn điều kiện đối với động cơ ô tô máy kéo, khe hở lắp ghép giữa chốt
piston và bạc lót thờng trong khoảng 0,04 0,06 mm, nên yêu cầu
0,02 0,03

(mm)

3.1.2 . Tớnh sc bn thõn thanh truyn
Tính thân thanh truyền thờng đợc tính toán ở các tiết diện: tiết diện nhỏ
nhất (chỗ tiếp 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 động 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 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)
n =

ứng suất nén :
Trong đó:
P



F

(2-23)

: Lực nén tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền; P

min

min

F



=0,019577 (MN)

: Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền -tiết diện I-I
1

1

F = H .B1 - h .
Trong đó
H1=2.r1=34
h1=0,668.H1=22,71
b/2=0,292H1=9,9
B1=0,75H1=25,5


P
Fmin

min

b1
2

(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
4

=34.10 .25,5.10 22,71.9,9.10
-3

-3

21
ỏn mụn hc

21

-6

= 6,42.10

2

(m )


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Thay vào (2-23) ta có:
2

=30,49 (MN/m )
ứng suất kéo do lực quán tính của nhóm piston và khối lợng đầu nhỏ thanh
truyền đợc xác định theo biểu thức sau đây.
K =

Pjd
Fmin

Trong đó :
Pjd
Thay vào (2-24) ta đợc:

2

(MN/m )

(2-24)

Hệ số an toàn bền ở tiết diện nhỏ nhất.
=


2 1
( n k ) + ( n + k )

(2-25)

=22,5
d

Hệ số an toàn
thờng nằm trong khoảng 2,0 3,0 vậy hệ số an toàn đã
tính càng 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.
- ng suất kéo do lực quán tính của khối lợng nhóm piston và khối lợng thanh
truyền nằm phía trên tiết diện trung bình. ứng suất kéo đợc xác định theo biểu
thức sau :
K =

Trong đó:

Pjtb
Ftb

(MN/m2 )
2 (1 + )

(2-26).

Pjib = (mnp + Mtb)R
(MN) (2-27).
Mtb : khối lợng của thanh truyền nằm phía trên tiết diện trung bình Ftb.
1
2

tt

Do Mtb < .m <=0,55 (Kg)
Chn Mtb =0,4 (Kg)

22
ỏn mụn hc

22


Trờng ĐHSPKT Hng Yên

Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thân thanh truyền


3

2

Pjib = (1,25+0.4). 48.10 .497,17 .(1+ 0,32) = 25,8.10-3

tb

tb

F : tiết diện trung bình của thân thanh truyền, lấy F =
Với: F

3

min

max

= 6,42.10

2

2

Fmax + Fmin
2

2

(m ): Tiết diện nhỏ nhất của thân thanh truyền

b2
2

2

F =H .B2-h . =58.
Chn H2= 0,8.D1 = 46,4
B2=0,75.H2=0,75.67=34,8
2

(m )
(mm)

2

+ h =0,668. H =0,668.67 = 30,99
+

b2
2



(MN)

(mm)

2

= 0,292. H =0,292.67 = 19,5

(mm)

2

(m )
Thay vào (2-26) ta đợc: ==6,44

(MN/m2 )
P

ứng suất nén và uốn dọc do lực tổng
của lực khí thể và lực quán tính
chuyển động tịnh tiến, đợc xác định theo công thức Nave Răngkin.
=

y L20
P
+
.P
Ftb m 2 EJ

Trong đó:
đây:

P



=

=

y L20
P
P
L20
(1 +
)
=
(
1
+
C
)
Ftb
Ftb
m 2 i 2
mi 2

(mnp + m1 )R

2 (1 + )

23
ỏn mụn hc

23

+pZFp

(MN/m) (2-28)
(MN)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
P

P

: áp suất khi thể,
= 0,019577
J: mô men quán tính của tiết diện thân thanh truyền.
Đối với trục x - x ta có:
BH 3 bh 3
12

Jx =
Đối với trục y- y ta có:

(m4)(2-29)

( H h) B 3 + h( B b) 3
12

Jy =
+ H = H===40,2. (m)
+B=0,75.H=0,75.40,2.10-3 =30,15. 10-3
+b===23,45.
(m)

+h===28,85.
(m)
Thay vào (2-29) và (2-30) ta đợc:
6,25.
(m4)

(m4) (2-30)
(m)

3,74.
(m4)
i : là bán kính quán tính của tiết diện.

Đối với trục x-x ta có:Ix =


Jx
Ftb

=0,0134

(m)
jy

Đối với trục y y ta có: Iy =

Ftb

Iy = = 0,0328
Trong đó:

(m)

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 = 1
Khi 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 -

D1 d1
2

( m)
1

1

D1, d1 : Đờng kính trong đầu to và đầu nhỏ; D = 58 (mm), d =34
24
ỏn mụn hc

24

(mm)


Trờng ĐHSPKT Hng Yên


1

l = 150(mm)
l = 150 =138
(mm)
-4
-4
C : Hệ số đặc tính của vật liệu C = 2.10 5.10 Chọn C = 3.10-4
Nh vậy, ứng suất tổng do nén và uốn dọc trong mặt phẳng lắc tại tiết diện
trung bình sẽ là:
x =

P
P
l2
.(1 + C 2 ) = .k x
Ftb
Ftb
ix

Tơng tự trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng lắc.

y =

(2-31)

P
P
l2
(1 + C 2 ) = k y
Ftb
Ftb
4i y

(2-32)
2

Trong đó:


l
i x2

Kx = 1 + C.

x

K = 1 + 3.10-41,04
1 + C.

l 21
iy

2

Ky =



Ky = 1 + 3.10-4= 1,006
Thay vào (2-31) và (2-32) ta đợc:
.1,04=58,51

(MN/m2 )

.1,006=56,59

(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 )
3.1.3. Tớnh sc bn u to thanh truyn
Do kết cấu đầu to có tiết diện thay đổi phức tạp, nên tính toán mang tính chất
gần đúng.
Lực tính toán là hợp lực của lực quán tính vận động tịnh tiến và vận tốc quay
của đầu to không kể đến nắp, tính tại vị trí DCT:
tt

Trong đó:
tt

np

Pd = M R

2



(1+ ) + (M2 - Mn)R



2

;

(MN)

1

M = m + m = 0,9+0,35= 1,25(kg) : Khối lợng chuyển động tịnh tiến của
thanh truyền.
M2, Mn tơng ứng là khối lợng quy về đầu to, khối lợng nắp đầu to (kg).
n

Để đơn giản cho tính toán ta giả thiết M2 - M = 1/2.M2= 1/2.0,75 = 0,375(kg)
25
ỏn mụn hc

25