TÍNH NHIỆT, ĐỘNG học, ĐỘNG lực học

PhÇn I

TÝnh nhiÖt, ®éng häc, ®éng lùc häc
®éng c¬ 3TN66

1


Chơng 1. Hớng phát triển, thực trạng và nhu cầu

sử dụng động cơ đốt trong ở nớc ta
1.1. Quá trình phát triển của động cơ đốt trong
1.1.1. Những thành tựu
Cùng với sự phát triển xã hội và nhu cầu cuộc sống của con ngời, động
cơ đốt trong chuyển từ chạy bằng hơi nớc (James Woat-1789) vào khoảng giữa
thế kỷ XVIII sang động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu Cacbua Hydro là một
cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật của nhân loại. Trong quá trình hình thành
và phát triển, động cơ đốt trong đã trải qua nhiều giai đoạn lịch sử và những
thay đổi cả về hình dáng và kỹ thuật, có những giai đoạn tởng nh không tồn tại
đợc loại động cơ này. Cho đến thời điểm hiện nay cha có gì có thể thay thế đợc. Vào năm 1879, Rudorf Diesel, một kỹ s ngời Đức đã chế tạo thành công
động cơ đốt trong tự cháy do nén nhiên liệu ở áp suất cao. Đợc gọi là động cơ
DIESEL, đây là động cơ DIESEL đầu tiên - tên của nhà phát minh ra loại động
cơ này. Sự ra đời của động cơ DIESEL có hiệu suất cao hơn động cơ xăng, giá
thành nhiên liệu hạ nên nó đợc sử dụng rộng rãi. Nó đã thay thế cho các phơng
tiện thủ công trong công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, Trên những ph ơng tiện giao thông đờng bộ, đờng thuỷ, đờng sắt, gày nay hầu hết đều sử
dụng động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong ngày càng hoàn thiện các tính
năng của mình để càng ngày càng phù hợp với nhu cầu sử dụng của con ngời.
Nó là một phơng tiện hữu hiệu của loài ngời. Tuy nhiên thử thách lớn nhất đợc
đặt ra đối với động cơ đốt trong là nguồn nhiên liệu đang dần bị cạn kiệt, câu
hỏi đặt ra là loại nhiên liệu nào sẽ thaythế các loại nhiên liệu đang đợc sử
dụng hiện nay. Tiếp đến phải kể đến vấn đề ô nhiễm môi tròng do khí thải của

động cơ đốt trong. Đây là vấn đề đang đợc toàn thể các nớc trên thế giới quan
tâm, nghiên cứu tìm ra giải pháp hạn chế các vấn đề trên.
ở Việt Nam hiện nay động cơ đốt trong vẫn cha đợc sản xuất hàng loạt,
cha đủ cạnh tranh với các nớc trong khu vực và trên thế giới về chất lợng và
mức độ hoàn chỉnh của nó. Tuy nhiên, để phù hợp với điều kiện địa lý kinh tế
2


cần nhiều máy móc phục vụ cho nông nghiệp, với sự thông minh khéo léo vốn
có của dân tộc Việt Nam, chúng ta đã cải tiến và cho ra đời rất nhiều chủng
loại máy phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp. Những máy móc này đã góp
phần giải phóng sức lao động cho ngời nông dân Việt Nam, giúp tăng năng
suất lao động. Để ngày càng có nhiều máy móc ứng dụng trong sản xuất phù
hợp điều kiện Việt Nam, chúng ta luôn cần những sáng kiến cải tiến để góp
phần vào sự phát triển của đất nớc.
1.1.2. Xu hớng phát triển của động cơ đốt trong theo các tiêu trí sau
- Để giảm thiểu ô nhiễm môi trờng, một vấn đề nhức nhối đối với tất cả
các nớc trên thế giới, nhất là các nớc phát triển, một phần gây ảnh hởng trực
tiếp đến con ngời là khí thải động cơ đốt trong.
- Do nhu cầu tất yếu của con ngời ngày một cao, để đáp ứng nhu cầu
của ngời tiêu dùng thì động cơ ngày càng phải tối u hơn nh tốc độ cao hơn,
tính tự động cao, đảm bảo đợc độ bền, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn cao hơn,
hiện đại hơn.v.v
- Mở rộng khả năng đa nhiên liệu.
- Khả năng thích ứng tốt đối với các quốc gia khác nhau nh địa hình,
thời tiết cũng nh nhu cầu con ngời ở mỗi quốc gia là khác nhau.
- Giảm trọng lợng và kích thớc của thiết bị nhng vẫn đảm bảo chắc chắn
với độ an toàn, tin cậy cao.
- Động cơ không dùng nhiên liệu dầu mỏ, khí đốt mà đợc thay thế bằng
các loại nhiên liệu khác.

Bớc sang một thế kỉ mới, thế kỉ XXI, động cơ đốt trong hứa hẹn bớc
phát triển vợt bậc. Những công bố mới đây của các nhà khoa học về loại động
cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu không phải là cacbuahidrô nh H2, dầu thực
vật, năng lợng mặt trời, cồn.v.vsẽ khắc phục đợc vấn đề cạn kiệt về nhiên
liệu và nạn ô nhiễm môi trờng, hai vấn đề đợc xem là yếu tố quyết định sự tồn
tại của động cơ đốt trong.

3


1.2. Tình hình phát triển động cơ ở nớc ta và nhu cầu sử dụng
ở nớc ta hiện tồn tại một thực tế mâu thuẫn đó là nhu cầu sử dụng và
việc sản xuất các loại động cơ của các nhà máy trong nớc. Là một đất nớc
nông nghiệp nên nhu cầu sử dụng các loại động cơ để phục vụ cho ngời nông
dân là rất lớn, nhất là thời kỳ đổi mới đất nớc với các chính sách đẩy mạnh
phát triển nông nghiệp thì nhu cầu về việc thay thế lao động thủ công bằng
máy móc càng đòi hỏi cấp thiết hơn.
Nhu cầu đi lại của nhân dân, đây cũng là thị trờng rất lớn trong vấn đề
tiêu thụ xe, ngời tiêu dùng luôn đòi hỏi về kỹ thuật ngày càng cao, chất lợng,
giá thành, các chỉ tiêu khác; Điều này cũng dúng trong phát triển ng nghiệp,
thuỷ hải sản.
Trên thực tế, đất nớc ta cha thể đáp ứng nổi nhu cầu của ngời tiêu dùng
mà hầu hết là nhập hay liên doanh với các hãng nớc ngoài, sản xuất và tự sản
xuất dang là hớng phát triển của dất nớc ta.
1.1.3. Giới thiệu qua về động cơ 3TN66
Động cơ 3TN66 là động cơ của máy cắt cỏ đợc sử dụng ở sân bay.
Động cơ 3TN66 là động cơ có công suất 14 mã lực.
Với động cơ này có các thông số nh :
- Đờng kính pistông = 64 mm,
- Hành trình của pistông = 68 mm,

- Số vòng quay n = 2600 vòng/phút,
- Suất tiêu hao nhiên liệu là 180(g/ml.h).

4


Chơng 2. Tính toán nhiệt động cơ
Các thông số kỹ thuật
Kiểu động cơ
Số kỳ
Số xy lanh
Hành trình piston
Đờng kính xy lanh
Góc mở sớm xuppap nạp
Góc đóng muộn xuppap nạp
Góc mở sớm xuppap thải
Góc đóng muộn xuppap thải
Góc phun sớm
Chiều dài thanh truyền
Công suất động cơ
Số vòng quay
Suất tiêu hao nhiên liệu
Tỉ số nén
Trọng lợng thanh truyền
Trọng lợng nhóm piston

Diesel, không tăng áp
= 4 kỳ
i =3
S = 68 mm

D = 64 mm
1 =15o
2 = 35o
1 = 35o
2 = 15o
s = 18o
Ltt = 136 mm
Ne = 14 mã lực
n = 2600 vg/ph
ge = 180 g/ml.h
= 18
mtt = 0,45 kg
Mpt = 0,50 kg

Tốc độ trợt trung bình của piston:
Cm =

S .n
68.103.2600
=
=5,893 (m/s)
30
30

Động cơ thuộc loại có tốc độ thấp.

5


2.1. Các thông số chọn

Các thông số đợc chọn theo điều kiện môi trờng, đặc điểm kết cấu động
cơ, chủng loại động cơ.
2.1.1. áp suất môi trờng pk
áp suất môi trờng pk là áp suất khí quyển trớc khi nạp vào động cơ. pk
thay đổi theo độ cao, ở nớc ta có thể chọn:
pk =0,1 (MPa)
2.1.2. Nhiệt độ môi trờng Tk
Lựa chọn nhiệt độ môi trờng theo nhiệt độ bình quân cả năm
Nớc ta chọn: Tk = 273 + 24oC = 297 oK
2.1.3. áp suất cuối quá trình nạp pa
áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số nh chủng loại động cơ, tính
năng tốc độ, đờng nạp, tiết diện lu thông
Đối với động cơ không tăng áp:
pa = (0,8ữ0,9).pk
Chọn pa =0,9. pk = 0,9.0,1 = 0,09 (MPa)
2.1.4. áp suất khí thải Pr
Có thể chọn pr nằm trong phạm vi:
pr = (1,10 ữ 1,15).pk
Ta chọn: pr = 1,15.pk = 1,15.0,1 = 0,115 (MPa).
2.1.5. Nhiệt độ khí thải Tr
Đối với động cơ DIESEL :
Tr = (700 ữ 1000) oK
Ta chọn : Tr = 750 oK
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,5
2.1.6. Hệ số nạp thêm 1
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí, thờng ta chọn trong khoảng:
1 = 1,02 ữ 1,07
Ta chọn:1 = 1,03
6

2.1.7. Hệ số hiệu đính đồ thị công t
Tỷ nhiệt của môi chất công tác thay đổi rất phức tạp nên ta thờng phải
căn cứ vào hệ số d lợng không khí để hiệu đính.
Thông thờng đối với động cơ DIESEl có = 1,2 ữ 1,8 ta chọn t = 1,1
2.1.8. Hệ số quét buồng cháy 2
Đối với động cơ không tăng áp : 2 = 1
2.1.9. Mức độ sấy nóng môi chất T
Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài
hay bên trong xilanh.
Đối với động cơ DIESEL

:

T = 20o ữ 40o

Đối với động cơ này ta chọn

:

T = 25o

2.1.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: z
Thể hiện lợng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng
nội năng ở điểm z với lợng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên
liệu.
Do đó z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.
Đối với động cơ DIESEl z = 0,65 ữ0,85
Ta chọn : z = 0, 75
2.1.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: b

Môi chất nhận đợc nhiệt nên b bao giờ cũng lớn hơn z
Thông thờng đối với động cơ DIESEL
b = 0,80 ữ0,90 , Ta chọn :

b = 0,82

2.1.12. Hệ số hiệu đính đồ thị công d
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động
cơ với chu trình công tác thực tế do đó không xét đến pha phối khí, tổn thất lu
động của dòng khí, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suấtSự sai lệch giữa chu
trình thực tế và chu trình tính toán lý thuyết của động cơ DIESEL nhiều hơn

7


d

của động cơ Xăng vì vậy hệ số

của động cơ DIESEL thợng chọn trị số

nhỏ, thờng ta chọn trong khoảng : d = 0,92 ữ0,97
Ta chọn: d = 0,92
2.2. Tính toán các chu trình công tác của động cơ 3
xylanh
2.2.1. Tính toán quá trình nạp
2.2.1.1. Hệ số khí sót
r =

2 ( Tk + T ) p r

p
Tr .p a . . 1 t 2 r
pa



1

m




Trong đó: chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót là : m = 1,5

r =

1.(297 + 25).0,115
1


0.115 1,5 = 0,0318
750.0.09. 18.1,03 1,1.1
ữ
0.09

2.2.1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp
p
To + T + t . r .Tr a
pr
Ta =
1+ r

m 1
m

1,51

0.09 1,5
297 + 25 + 1,1.0,0318.750.
ữ
0.115
Ta =
= 335,5(o K )
1 + 0,0318
Phù hợp với động cơ không tăng áp: Ta = 310 ữ 350 oK
2.2.1.3. Hệ số nạp
1


pr m
Tok
pa
v =

( 1)( To + T ) po 1 t 2 p a



8


1 

 0,115 1,5 
297
0,09 
ηv =
.
. 18.1,03 −1,1.1.
÷  = 0,8421
(18 −1).(297 + 25) 0.10 
 0,09  




2.2.1.3. Lîng khÝ n¹p míi
432.10 3. p k .η v
M =
g e . p e .Tk

Trong ®ã:
V =
h

π .D 2.S 3,14.642.68
=
= 0,219dm3
4
4

Ne = 14.0,7355 = 10,297 (kW)
ge =

180
= 244,731 (g/kW.h)
0, 7355

pe =

30.N e .τ
30.10, 297.4
=
= 0, 7242( MN 2 )
m
Vh .n.i
0, 291.2600.3

432.103.0,1.0,8421
M =
= 0,6911(kmol kg.nl )
1 244,731.0,7242.297
2.2.1.5. Lîng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu
Mo =

1  C H O  kmol

 + − 
kg
.
nl

0,21  12 4 32 

Nhiªn liÖu ®éng c¬ Diesel:
C = 0,87 ; H = 0,126 ; O = 0,004
Mo =

1  0,87 0,126 0,004 
+
−

 = 0,4946 kmol kg.nl 


0,21  12
4
32 

2.2.1.6. HÖ sè d lîng kh«ng khÝ

α=

M 1 0.6911

=
= 1,3973
M 0 0, 4946

Phï hîp víi ®éng c¬ DIESEL buång ch¸y thèng nhÊt.

9


2.2.2. Tính toán quá trình nén
2.2.2.1. Tính tỷ nhiệt
a. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí
_____

mCv = 19,806 + 0,00209.T

(kj/kmol.độ)

b. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy
mc v

''

= 19,876 +

1,634 1
187,36 5
+ 427,86 +
.10 T

2


= 19,876 +

1,634 1
187,36 5
+ 427,86 +
.10 T
1,3973 2
1,3973

= 21,0364 + 0,00281.T
c. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
mc + r .mcv
mcv = v
1+ r

''

'

=

(19,806 + 0,00209.T ) + 0,0318.(21,0364 + 0,0028.T )
1 + 0,0318

Thay số ta có:
'

mcv = 19,844 + 0,00211.T (kj/kmol.độ)
2.2.2.2. Chỉ số nén đa biến trung bình
n1 1 =

8, 314
a'v +

'

(

bv
.Ta . n1 1 + 1
2

)

Thay các giá trị đã biết và thử chọn với n1 = 1,3678, ta đợc :
1,3678 1 =

8,314
19,844 + 0,00211.335,5. 181,36781 + 1

(

)

0,3678 = 0,3678 với sai số nh vậy thì n1 là chấp nhận đợc .
Vậy n1= 1,3678
2.2.2.3. áp suất cuối quá trình nén

pc = pa . n1 = 0,09.181,3678 = 4,6903 (MPa)
2.2.2.4. Nhiệt độ cuối quá trình nén
Tc = Ta.n1-1 = 335,5.180,3678= 971,4 (0K )
10


2.2.2.5. Lợng môi chất cuối quá trình nén
Mc =M1 + Mr = M1(1+r) = 0,6911(1+0,0311) = 0,713 (kmol/kgnl)
2.2.3. Tính toán quá trình cháy
2.2.3.1. Hệ số thay đổi phần tử lý thuyết
H 0
+
0 = 1 + 4 32
.M 0

0,126 0,004
+
0
4
32
= 1+
1,3973.0,4946

= ,0458

2.2.3.2. Hệ số thay đổi phần tử thực tế
=

0 + r
1+ r

=

1,0458 + 0,0318
1 + 0,0318

= 1,0443
2.2.3.3. Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại z
z = 1+

z =


0 1
. z
1+ r

z 0,75
=
= 0,9146
b 0,82

z = 1+

1,0458 1
.0,9146
1 + 0,0318

z = 1,0406
2.2.3.4. Lợng sản vật cháy

M2 = M1 + M = o.M1 = 1,0458. 0,6911 = 0,7227 (kmol/kg.nl)
2.2.3.5. Nhiệt độ tại điểm z Tz
Tính Tz bằng cách giải phơng trình cháy của động cơ:
Đối với động cơ diesel, ta có:
11


)

(

'
''
z .QH
+ mcvc + 8,314 .Tc = z .mc pz .Tz (**)
M 1 .(1 + r )

Trong đó:
QH là nhiệt trị thấp QH = 42,5 (MJ/Kgnl) = 42,5 .103 (kj/kgmol)
mcvc ' = av '+

bv'
.Tc = 19,844 + 0,00211.Tc
2

mcvc ' = 19,844 + 0,00211.971,4 = 21,894 (kj/kmol.độ)
mc pz " = mcvz " + 8,314

mcvz

=

''

''

0 .mcv . z + r + (1 z ).mcv
0

=


0 . z + r + (1 z )
0


0,0318
) + (1 0,9146).(19,806 + 0,00209.Tz )
1,0458
=
0,0318
1,0458.(0,9146 +
) + (1 0,9146)
1,0458

1,0458.(21,03638 + 0,00281.Tz ).(0,9146 +

=20,9416 + 0,00275.Tz

mc pz " = mcvz " + 8,314

''

mc pz = 29,2556 + 0,00275.Tz

Chọn hệ số tăng áp suất: = 1,6
Thay tất cả vào phơng trình (*) ta đợc :

0,75.42,5.10 3
+ ( 21,894 + 8,314.1,6).971,4 = 1,0406.( 29,2556 + 0,00275Tz ).Tz
0,6911.(1 + 0,0318)


0,00286.Tz2 + 30,442.Tz 78890,63 = 0
Giải phơng trình này ta có: Tz = 2154,7 0K
Phù hợp với động cơ DIESEL có : Tz = (1800 ữ 2200 ) oK



Tỷ số tăng áp suất :
= 1,6
2.2.3.6. áp suất tại điểm z
pz = .pc = 1,6.4,6903 = 7,505 (Mpa)
12


2.2.3.7. Tỷ số giãn nở ban đầu
Tz

= z. .T =1,0406.
c

2154,7
= 1,4426 < Thoả mãn.
1,6.971,4

2.2.3.8. Tỷ số giãn nở sau


18
=
=12,4775
1,4426

=

2.2.4. Quá trình giãn nở
2.2.4.1. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
8,314

n2 1 =

''
( b z ).QH
b
''
(***)
+ avz + vz ( Tz + Tb )
M 1 .(1 + r )..( Tz Tb )

2

Trong đó :
Tb =

Tz
n2 1

avz =20,9416;

bvz "
= 0,00275
2

Chọn n2 = 1,2438 thay vào (***) ta có:
1,2438 1 =



8,314

( 0,82 0,75).42,5.103

1


+ 20,9416 + 0,00275.2154,71 +

0 , 2438
1

12,4775




0,6911.(1 + 0,0318).1,0443.2154,7.1

0 , 2438
12,4775


0,2438 = 0.2437
Từ pt trên ta thấy n2 = 1,2438 thoả mãn.
2.2.4.2. áp suất cuối quá trìng giãn nở
pb =

pz
7,505
=
= 0,3251 (Mpa)
n2 12,47751, 2438

2.2.4.3. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
Tb =

Tz
2154,7
0
=
n2 1

0 , 2438 =1164,5 K
12,4775


2.2.4.4. Kiểm tra nhiệt độ khí thải
Tr(tính) = Tb . p r

pb

m 1
m

= 1164,5. 0,115
0,3251
13

1, 5 1
1, 5

= 823,64 0K


Kiểm tra :
Tr =


Tr Tr ( chọn )
Tr

.100 % =

750 823,64
750

.100 % = 8,94%

Tr thỏa mãn khoảng giá trị cho phép 15% .
Vậy Tr chọn nh ở trên là đúng.

14


15


PHÇN II
TÝNH BÒN MéT Sè CHI TI£T CñA §éng
c¬ 3tn66

16


Chơng 3:

tính bền trục khuỷu

Bảng 3-1. Số liệu tính bền trục khuỷu
Số LIệU TíNH BềN TRụC KHUỷU
tt Thông số
1

đờng kính ngoài chốt khuỷu
2
Đờng kính trong chốt khuỷu
3
đờng kính ngoài cổ khuỷu
4
Đờng kính trong cổ khuỷu
Khối lợng riêng vật liệu làm trục
5
khuỷu
Chiều dài chốt khuỷu
6
7
Chiều dài cổ trục
8
Các kích thớc của má khuỷu
Khối lợng li tâm má

Ký hiệu
dch
ch
dck
ck

Giá trị
38
20
45
20

Đơnvị
mm
mm
mm
mm



7800

kg/m3

lch
lck
b,h
mmk

25
25
20 , 100
0,106

mm
mm
mm
kg

rmk

30

mm

Khoảng cách a

a

23

mm

Khối lợng của đối trọng

mđt

0,5

kg

Khoảng cách từ trọng tâm đối

rđt

45

mm

c,c

20,20

mm

Koảng cách từ trọng tâm đối

Ghi chú

trọng đến tâm quay
9

trọng đến tâm quay
Khoảng cách c và c

Trục khuỷu là một dầm siêu tĩnh,chịu lực phức tạp .Để đơn giản phép
tính,ngời ta phân đoạn trục khuỷu thành dầm tĩnh định ứng với một khuỷu.Sơ đồ
tính mghiệm bền trục khuỷu nh hình:

17


P r1

C1

a

a

R

Z'

P r1

C2

b'

Z"

Z

b"

c
l'

Pr2

l"

l0

P r1
C1

Z"
T"

C2

P r1

T
Z

h

x
Z'

y
b x
y

P r2

T'

M k"

M k'
Hình 3-1. Sơ đồ tính bền trục khuỷu
Các khoảng kích thớc:
b = 20 (mm) = 0,020 (m) , h = 100 (mm) , R = 30 mm = 0,03 (m),
a = 23 (mm) = 0,023(m) , c = c = 20(mm) = 0,02(m).
Chiều dài chốt khuủy :lch = 25 (mm) = 0,025(m)
Chiều dài cổ khuỷu : lck = 25(mm) = 0,025(m)
Đờng kính cổ khuỷu : dck = 45 (mm) = 0,045(m)
18

Đờng kính ngoài chốt khuỷu : dch = 38(mm) = 0,038(m)
Đờng khính trong chốt khuỷu :ch = 20(mm) = 0,02(m)
b = b = (lck/2) + (b/2) = (25/2) + (20/2) = 22,5(mm) = 0,0225(m)
l = l = b + a = 0,0225 + 0,023 = 0,0445 (m)
l0 = 2.l = 2.0,0445 = 0,089(m)
Ta tính bền cho hai trờng hợp chịu lực :Pzmax và Tmax
3.1. Trờng hợp chịu lực Pzmax
Trờng hợp này lúc động cơ khởi động, khi đó:
T = 0, n = 0, Pr = 0, Pj = 0.
Z = Pzmax= pzmax . FP =7,5.0,003215 = 0,024(MN)
Trong đó:
Diện tích đỉnh piston FP =

.D 2 3,14.0,064 2
=
= 0,003215(m 2 )
4
4

pzmax áp suất tại đểm z
Khi đó ta có : Z = Z = Z.(l/l0) = 0,024.(0,0445/0,089) = 0,012(MN)
3.1.1.Tính nghiệm bền chốt khuỷu
Mômen uốn: MU = Z.l
ứng suất uốn chốt khuỷu:
Mu
Z '.l '
=
u = Wu . d 4 ch 4 ch
32

d ch





=

0,012.0,0445
3,14 0,038 4 0,02 4
.
32
0,038

u < []= 80 ữ 120(MN/m2)
3.1.2.Tính nghiệm bền má khuỷu
ứng suât uốn má khuỷu:
M u Z '.b' 6.0,012.0,0225
=
=
= 40,5( MN / m 2 )
2
2
u = Wu h.b
0,1.0,02
6

ứng suât nén má khuỷu:
19

= 56( MN / m 2 )


n = Z/(2.b.h) = 0,024/(2.0,02.0,1) = 6(MN/m2)
ứng suât tổng:
= u + n = 40,5 + 6 = 46,5 < [] = 120 ữ 180(MN/m2)
3.1.3.Tính nghiệm bền cổ khuỷu
ứng suât uốn cổ khuỷu:
Z '.l '

Z '.l '

0,012.0,0445

u = W = 0,1.d 3 = 0,1.0,0453
ck
u

=58,6 <[] = 60 ữ 100(MN/m2)

3.2.Trờng hợp chịu lực Tmax
Từ đồ thị T = f() ta xác định đợc Tmax = 70,5.0,02936 = 2,07(MN/m2)
Bảng 3-2. Giá trị của lực tiếp tuyến ứng với các góc quay
138
-0.7046

T(MN/m2)

378
2,07

618
-0,2642

Bảng 3-3. Xét khuỷu nguy hiểm

Khuỷu
1
2
3

138

378
2,07

-0,7046

Mk=0

2,07

-0,2642

Mk=-0,7046

-0,2642

-0.7046

618
-0,2642
-0.7046
2,07
Mk=-0,9688

Nh vậy ta chọn khuỷu 1 là khuỷu nguy hiểm nhất .
Ta có :tốc độ góc: = 272(rad/s)
Lực quán tính ly tâm của má khuỷu:
Pr1 = mmk.rmk. 2 = 0,106.0,03.2722=235(N) = 235.10-6 (MN)
Lực quán tính ly tâm của đối trọng:
Pr2 = mđt.rđt.2 = 1,2.0,045.2722 = 3995(N) = 3995.10-6 (MN)
Khối lợng chốt khuỷu:
20


mch = .lch.(/4).(dch2 - ch2)
= 7800.0,025.(3,14/4).(0,0382 - 0,022) = 0,5(kg)
:khối lợng riêng của vật liệu làm trục khuỷu.
Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu:
C1 = mch.R.2 = 0,5.0,03.2722 = 1109(N) = 1109.10-6(MN)
Lực quán tính ly tâm của khối lợng m2:
C2 = m2.R.2 = 0,4.0,03.2722 = 888(N) = 888.10-6(MN)
Các lực tác dụng:
Tmax = 2,07.FP = 2,07.0,003215 = 0,006655(MN)
Z = 169,5. P.FP = 169,5.0,02936.0,003215 = 0,016(MN)

Z0 = Z-(C1 + C2) = 0,016 - (0,0011+0,0008) = 0,0141(MN)
Tính Z,Z ta giải hệ sau:

Z'+2.Pr1 + Z" Pr 2 Z 0 = 0


Z 0 .l'+ Pr 2 (l' c) 2.Pr1 .l'
Z
"
=

l0
Z"=

0,0141.0,0445 + 3995.10 6 (0,0445 0,02) 2.235.10 6.0,0445
= 0,0202( MN )
0,089

Z = Z0 + Pr2 - 2.Pr1 - Z = 0,0141 + 3995.10-6 - 2.235.10-6 - 0,0202
= 0,0218(MN)
Tính T,T : T = T =

Tmax .l ' 0,006655.0,0445
=
= 0,0333( MN )
l0
0,089

3.2.1.Tính nghiệm bền chốt khuỷu
ứng suât uốn trong mặt phẳng trục khuỷu:

4
4
d ch ch 3,14 0,038 4 0,02 4
= 0,49.10 5 (m 3 )
Wu = .
=
.

32
d ch
0,038

32
x

u =
x

=

Mu
Z '.l '+ Pr1 .a Pr 2 .c
=
Wu
Wu

0,012.0,0445 + 235.10 6.0,038 3995.10 6.0,02
= 27,1( MN / m 2 )
5
0,49.10

21


øng su©t uèn trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng trôc khuûu:
y

σu

M
T '.l ' 0,0333.0,0445
= u =
=
= 15,5( MN / m 2 )
Wu
Wu
0,49.10 −5

y

øng suÊt tæng:

σu = (σu x )2 + (σu y )2 = 27,12 + 15,52 = 31,2(MN / m 2 )
øng suÊt xo¾n:
M«®un chèng xo¾n:
4
4
π d ch − δ ch
3,14 0,038 4 − 0,02 4
)=

.(
) = 9,42.10 −5 (m 3 )
Wk= .(
16
d ch
16
0,038

M "

T .R

0,024.0,03

k
= 18( MN / m 2 )
τx = W = W =
−5
9,42.10
k
k

øng suÊt tæng khi chÞu uèn, xo¾n :
σΣ =

σu 2 + 4.τ x 2 = 31,2 2 + 4.182 = 47,6(MN / m 2 )

σΣ <[σ] = 80 ÷ 120(MN/m2)
3.2.2. TÝnh nghiÖm bÒn cæ khuûu
Wu =

π .d ck 3 3,14.0,045 3
=
= 7,15.10 −5 (m 3 )
32
32

øng suÊt do lùc Z”:
x

σ

x
u

M
Z ".b" 0,012.0,0225
=
= 6,9( MN / m 2 )
= u =
−5
Wu
Wu
7,15.10

øng suÊt do lùc T”:
y

σ

y
u

M
T ".b" 0,0333.0,0225
=
= 4( MN / m 2 )
= u =
−5
Wu
Wu
7,15.10

øng suÊt tæng:
σu =

(σu x )2 + (σu y )2 = 6,9 2 + 4 2 = 8(MN / m 2 )

øng suÊt xo¾n:
M«®un chèng xo¾n:
22


Wk =

.d ck 3 3,14.0,045 3
=
= 1,43.10 4 (m 3 )
16
16

M"

T .R

0,022.0,03

k
= 4,6( MN / m 2 )
x = W = W =
4
1,43.10
k
k

ứng suất tổng cộng khi chịu uốn xoắn:
= u 2 + 4. x 2 = 8 2 + 4.4,6 2 = 12,2( MN / m 2 ) <[]=60 ữ 100(MN/m2)
3.2.3.Tính nghiệm bền má khuỷu
Tính má phải
Mặt cắt ngang của má khuỷu nh hình :

III

3
II

1
I
2

4

Hình 3-2. Mặt cắt má khuỷu
Các ứng suất :
ứng suất kéo do Pr1:
Pr1 235.10 6
=
= 0,1175( MN / m 2 )
kPr1 =
h.b 0,1.0,02

ứng suất nén do Z:
Z"

0,012

2
nZ = h.b = 0,1.0,02 = 6( MN / m )

ứng suất uốn do Z:
Z ".b" 6.0,012.0,0225
=
=4
0,1.0,02 2
uZ = h.b 2
(MN/m2)
6

ứng suất uốn do T:

23


r

R

Hình 3-3. Sơ đồ tính
Khoảng cách r = 15(mm) = 0,015 (m)
T ".r 6.0,0333.0,015
=
= 7,9( MN / m 2 )
0,02.0,12
uT = b.h 2
6

ứng suất uốn do mômen xoắn Mk:
M k " 6.T .R 6.0,0333.0.03
=
=
= 29,5( MN / m 2 )
uM = b.h 2 b.h 2
0,02.0,12
6

ứng suất xoắn má khuỷu do T:
k =

M k T".b"
=

Wk
Wk

Xác định các hệ số:
Từ h/b = 120/24 = 5 tra đồ thị ta đợc: g1 = 0,29, g2 = 0,74
T ".b"

0,012.0,0225

2
kmax = g .h.b 2 = 0,29.0,1.0,02 2 = 14,3( MN / m )
1

kmin = g2.kmax = 0,74.14,3 = 10,6(MN/m2)
Ta có bảng xét dấu ứng suất tác dụng trên má khuỷu:
Bảng 3-4. Bảng ứng suất má phải
Điểm
ƯS
kPr1
nZ
uZ
uT
uM

`1

2

3

4

I

II

III

IV

-0,12
+7
-43
+7,9
-29,5

-0,12
+7
+43
+7,9
-29,5

-0,12
+7
-43
-7,9
+29,5

-0,12
+7

+43
-7,9
+29,5

-0,12
+7
0
+7,9
-29,5

-0,12
+7
0
-7,9
+29,5

-0,12
+7
-43
0
0

-0,12
+7
+43
0
0

24

Σσ
τx
σΣ

-57,7 +28,3 -14,5 +71,5
0
0
0
0
-57,7 +28,3 -14,5 +71,5
øng suÊt t¹i ®iÓm 4 lín nhÊt:

-14,7
10,6
+25,8

σ = 71,5(MN/m2)<[σ] = 120 ÷ 180(MN/m2)
TÝnh cho m¸ tr¸i:

2

IV

I

4
II

1

III

3

C¸c øng suÊt:
øng suÊt kÐo do Pr1:
Pr1 235.10 −6
=
= 0,12( MN / m 2 )
σkPr1 =
h.b 0,1.0,02

øng suÊt kÐo do Pr2:
σkPr2 =

Pr 2 3995.10 −6
=
= 0,99( MN / m 2 )
h.b
0,1.0,02

øng suÊt nÐn do Z’:
Z'

0,012

2
σnZ” = h.b = 0,1.0,02 = 6( MN / m )

øng suÊt uèn do Z’:
Z '.b' 6.0,012.0,0225
=
= 46,4
0,1.0,02 2
σuZ” = h.b 2
(MN/m2)
6

øng suÊt uèn do T’:
T '.r 6.0,0333.0,015
=
= 7,9( MN / m 2 )
0,02.0,12
σuT” = b.h 2
6

øng suÊt uèn do m«men xo¾n Mk”:
25

+28,5
10,6
+35,5

-36,1
14,3
+46,1

+49,88
14,3

+57,5