Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền tay biên (kèm bản vẽ cad)

Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP

Mục lục
1.Mô tả chung về thanh truyền…………………………………………..………
1.1..Nhiệm vụ………………………………………………………………..……….
1.2.Điều kiện làm việc………………………………………………….…………….
1.3.Vật liệu chế tạo thanh truyền ……………………………………………………..
1.4.Kết cấu của thanh truyền ……………………………………….………………..
1.5.Bạc thanh truyền…………………………………………………………..……..
1.6.Bu long thanh truyền……………………………………………………………..

2. Xác định các thông số cần thiết………………………………………………..
2.1.Thông số cho trước của thanh truyền……………………………………………..
2.2.Các thông số tính toán…………………………………………………………..
2.3.Khối lượng nhóm thanh truyền…………………………………………………..
2.4.Bảng thông số tính toán……………………………………………………..…..

3. Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền …………………………………..
3.1.Tính sức bền đầu nhỏ của thanh truyền…………………………………………..
3.2.Tính sức bền thân thanh truyền……………………………….…………………
3.3.Tính sức bền đầu to thanh truyền……………………………….……………….

1

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

1


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

Phần 1: Khái quát chung về nhóm thanh truyền

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 trong xi lanh
+ lực quán tính của nhóm piston
+ lực quán tính của bản thân thanh truyền
Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập. Di tỏc dng ca cỏc lc ú 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. Khi ng c lm vic, cỏc lc trờn thay
i theo chu k vỡ vy ti trng tỏc dng lờn thanh truyn l ti trng ng.
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 : u lp ghộp vi cht piston
+ Đầu to thanh truyền : u lp ghộp vi cht khuu
+ Thân thanh truyền : ni u nh vi u to
+ Bu lông thanh truyền.
+ Bạc lót đầu to và đầu nhỏ thanh truyền.

Sau đây ta xét từng bộ phận cụ thể :
a. Đầu nhỏ
Là bộ phận để lắp chốt píton. Khi chốt lắp tự do nó có cấu tạo hình trụ rỗng đôi khi có
dạng hình ôvan để tăng độ cứng vững. Trên động cơ xăng đầu nhỏ thờng làm mỏng. Khi
lắp chốt tự do phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ. Thông th ờng dầu
bôi trơn đợc đa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đờng dẫn dầu đợc khoan
2

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

2


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

dọc trong thân thanh truyền. Trong động cơ ôtô máy kéo chốt piston đợc bôi trơn theo
kiểu vung té. Do đó đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu hoặc rãnh hứng dầu. Kết
cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thớc và phơng pháp lắp ghép.

Hình 1.2 : Các loại đầu nhỏ thanh truyền

Hình 1.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền

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, bạc
lót thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng lớp hơp kim chịu mòn.
b. Thân thanh truyền
Là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền. Khoảng cách giữa hai tâm đầu nhỏ và
đầu to gọi là chiều dài ảo của thanh truyền l phụ thuộc vào thông số kết cấu
=

R/l. Đại đa số

các động cơ ngày nay có
=

0,24 0,30.
Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền thờng chọn trong khoảng sau đây d1/d2 = 1,2 1,3.

Hình 1.3. Các loại tiết diện thân thanh truyền
+ Hình 1.3a thân có tiết diện tròn ,
+ Hình 1.3b,c thân có tiết diện chữ I,
+ Hình1.3d thân có tiết diện hình chữ nhật, +Hình 1.3e thân có tiết diện hình elip,
Có nhiều kiểu tiết diện: tiêt diện tròn, ovan, chữ nhật, elip , chữ I. Tuy 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. Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, đờng kính lỗ dẫn dầu nằm trong khoảng 4 8 mm. Đôi khi để tăng độ cứng vững và để khoan
lỗ dẫn dầu, ngời ta làm gân dọc suốt chiều dài thanh truyền. Khi không khoan đợc lỗ dẫn dầu
ngời ta gắn ống dẫn dầu phía ngoài thân. 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, còn
chiều dài của thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thanh truyền.
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.
3

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

3


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

+ Kích thớc nhỏ để lực quán tính nhỏ giảm đợc tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng
thời cho phép giảm kích thớc hộp trục khuỷu.
+ Chỗ chuyển tiếp với thân và đầu to phải có góc lợn lớn để tăng độ cứng vững.
+ Dễ dàng lắp ghép cụm piston - thanh truyền với trục khuỷu. Đầu to đợc phân làm 2 nửa
nửa trên liền với thân nửa dới lắp với nắp đầu to.
- Kích thớc đầu to thanh truyền phụ thuộc vào chốt khuỷu. Do trục khuỷu là một chi tiết
chịu tải trọng động lớn lên để tăng độ cứng vững ngời ta thờng dùng trục khuỷu có độ
trùng điệp giữa cổ chốt và cổ trục bằng cách tăng đờng kính cổ chốt và cổ trục.
- Đờng kính chốt lớn kéo theo đầu to thanh truyền lớn, vì vậy cần giảm kích thớc đầu to
đảm bảo cho thanh truyền đút qua đợc xilanh khi lắp ghép.

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

Hình 1.5. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền.

Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền (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.
4

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

4


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

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 1 4mm để giảm ma sát, chống mòn. Bạc đợc ép vào lỗ rồi doa
lại cho chính xác. Bạc lót đầu nhỏ thông thờng là bạc đồng đôi khi là bạc thép có tráng
lớp hợp kim chịu mòn, chiều dày bạc vào khoảng (0,080 0,085)dc (dc là đờng kính chốt
piston). Khe hở hớng kính giữa bạc lót đầu nhỏ và chốt piston thờng lấy bằng
=
(0,0004 0,0015)dc.
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. Bạc lót thanh truyền bao gồm bạc thép phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn
tráng lên phía trong của gộp thép.
- Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn :
+ có tính chống mòn tốt, có hệ số ma sát nhỏ.
+ có độ cứng thích đáng và độ dẻo cần thiết
+ ở nhiệt độ cao, sức bền ít giảm
+ dẫn nhiệt tốt

+ giữ đợc dầu bôi trơn
+ chóng rà khít với bề mặt trục
+ dễ đúc và dễ bám với vỏ thép
- Ngời ta chia vật liệu chịu mòn ra làm 3 nhóm :
+ nhóm kim loại : gồm babit, đồng thanh - thiếc, đồng thanh - chì, hợp kim nhôm, hợp
kim kẽm, gang chống mòn.
+ nhóm phi kim loại : gồm chất dẻo, gỗ ép.
+ nhóm kim loại gốm : gồm các bột kim loại ép nh : sắt - graphit, đồng thanh - graphit.
- Kết cấu bạc lót : tráng hợp kim chịu mòn lên bạc lót tùy theo chiều dày của lớp hợp kim
chịu mòn, bạc lót đợc chia làm 2 loại, bạc lót dày và bạc lót mỏng.
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 (gujông).
b) Điều kiện làm việc
- Bu lông thanh truyền khi làm việc chịu lực nh lực xiết ban đầu khi lắp ghép, lực quán
tính của khối lợng vận động tịnh tiến và lực quán tính ly tâm của khối lợng vận động
quay. Các lực trên thay đổi theo chu kỳ nên bu lông thanh truyền chịu tải trọng động và
sức bền mỏi.
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

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

5

Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

Hình 1.6. Một dạng kết cấu của bu lông và gujông
1.6a bu lông thanh truyền
1.6b vít cấy gujông 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 gujông (hình 1.6b)
Hình dạng và kết cấu của bulông thanh truyền có rất nhiều kiểu, chủ yếu do công dụng
của động cơ và các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của bulông. Thiết kế và chế tạo
bulông thanh truyền cần phải đảm bảo sao cho nó chỉ chịu lực kéo, tránh các lực cắt và
uốn bulông. Muốn vậy phải thực hiện các biện pháp sau đây :
+ gia công bề mặt tựa
+ 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.

Phần 2: Xỏc nh cỏc thụng s cn thit
2.1. Thông số cho trớc
ng c
Kiu ng c
Cụng sut ng c
S vũng quay
Cụng sut tiờu hao nhiờn liu
S k
ng kớnh xi lanh
Hnh trỡnh piston
T s nộn
S xilanh
Chiu di thanh truyn

Khi lng nhúm piston
Khi lng thanh truyn
p sut khớ th ln nht
2.2. Các thông số tính toán

Diesel, khụng tng ỏp ( D240 )
Mt hng
62 mó lc = 45,6 KW
(1 mó lc = 0,7355 Kw)
1450 vũng/ phỳt
172 g/ml.h
04 k
104 mm
122 mm
16,4
04(1-3-4-2)
220 mm
2,15 kg
3,65 kg
5,7 Mpa

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 xi lanh D = 104

(mm)

Đờng kính chốt piston ( dcp )
dcp = (0,3

ữ

0,45)D

(ct Bng 1.1sỏch tớnh toỏn ng c t trong)

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

6

6


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP
⇒

dcp

÷

=

(0,3

0,45).104 = (31,2

÷

46,8)

⇒

Chän dcp =35

(mm)

• §êng

kÝnh

bÖ

chèt

b

db

=

(d
):

÷

(1,3

1,6)d

cp

(ct Bảng 1.1sách
tính toán động cơ đốt trong)
⇒

db

÷

1,6).35

÷

= 50

lç

trªn
0

0

d

=(45,5

Chän

b

kÝnh

(1,3

56)

⇒

• §êng

=

÷
cp

chèt

d

(mm)
(d

):
= (0,6
0,8) d
(ct Bảng 1.1sách

tính toán động cơ đốt trong)
⇒

0

d
= (0,6
7

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

7


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
ữ

0,8).35 = (21

ữ

28)

(mm)

0

Chọn d
(mm)

Chiều

dày

bạc

= 25


lót

=

ữ

(0,07
0,085)dcp





ữ

hở

(mm)
hớng

kính

bạc

lót

và

chốt

piston:

ữ

=(

0,0004

0,0015).dcp
ữ

=( 0,0004
5).35=

(2,45

2,975) (mm)

Chọn = 2,45

Khe

=

0,001
ữ

(0,014

0,0525). Chọn =0,05 (mm)
Gọi r1 là bỏn kính trong đầu nhỏ thanh truyền:
r1=dcp/2++= 35/2 + 2,45 + 0,05 = 20

(mm)


M d1 = 2.r1
40

d1 =

(mm)

Gọi r2 là bỏn kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền: 2.r2 = d2
ữ

Ta có : d2 =(1,3
1,7).dcp (ct sỏch tớnh toỏn ng c t trong)

ữ

d2= (1,3
1,7).35

59,5)

ữ

=(45,5

Chọn d2 =58
29
Ta có

(mm)


r2 =

(mm)

8

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

8


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
d2
d1

=

58
40

= 1,45< 1,5



ầu nhỏ là loại

đầu mỏng

Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền :
ữ

= (0,28

0,32)D (ct

sỏch tớnh toỏn ng c t trong)


=

ữ

0,32).104
ữ

(29,12
Chọn = 33

Đờng

(0,28
=

33,28).
(mm)

kính

chốt

khuỷu

:

dck

=

ữ

(0,56

0,75)D= (0,56

ữ

0,75).104

ữ

(58,24

=

78)

Chọn dck = 60

(mm)

Đờng kính trong đầu to thanh truyền :
1

D

= dck +2.(

'1

+

' 2

+

-

3 )

Với:
Chiều

'1

dày

vỏ

thép

:
bạc

lót

:
9

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

9


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
'1

=

ữ

(0,03

0,05)dck


'1

=

ữ

(0,03

0,05).60 = (1,8

ữ

3).

'1

Chọn:
=

2,5

(mm)
'2

hở

giữa

bạc

lót

và

: Khe
khuỷu:

chốt

' 2

=(0,045

ữ

0,015) dck


' 2

=(0,045

ữ

0,015).60=(2,7

ữ

0,9).Chọn:

' 2

=1

(mm)
'3

dày

lớp

hợp

kim

: Chiều
mòn;

chịu

'3

=

ữ

(0,2

0,7)

(mm)
Chọn:
= 0,5

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

'3

(mm)

10

10


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP
⇒

D

1

= 60+ 2.(2,5 + 1 +

1

0,5) = 68. Chän D
= 68

(mm)

• §êng kÝnh ngoµi ®Çu to thanh truyÒn :D2
D2
D1

Chän :

=

=1,45 < 1,5
⇒

D

2

=

1

Chän:

1,45.

D

= 1,45.68 = 98,6.
2

D
(mm)

= 98

• ChiÒu dµi ®Çu to :

l®t = (0,45 0,95 ). dck= (0,45 0,95 ). 60 = (27 57 )

Chän :
ldt = 55
2.3. Khèi lîng nhãm thanh truyÒn

• Khèi

lîng

thanh

truyÒn

(mm)
quy

dÉn

vÒ

®Çu

÷

m1

=

(0,275

0,35)mtt

(

ct

⇒

1.28 TTTK )

÷

m1 = (0,275
0,35).3,65

=
÷

Chän :

nhá

m1 = 1,1

(1,00375
1,2775)
(kg)

• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu to thanh truyÒn.
m2 = mtt - m1 = 3,65 - 1,1= 2,55

(kg)
11

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

11


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP

2.4. Bảng thông số tính toán
ST
T
1

Thông số

Đường kính chốt

2

Chiều dày bạc lót

K/h

Giá trị

dcp

35
2,45

Khe hở hướng kính bạc lót và chốt piston

mm
Δ’

4

Bán kính trong đầu nhỏ

5

Bán kính ngoài đầu nhỏ

6

Chiều dài đầu nhỏ

7

Đường kính chốt

8

Chiều dày vỏ thép bạc lót

9

Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu

mm
mm

∆
3

Đơn vị

0,05
mm

r1

20
mm

r2

29

ld1

33

mm
mm

dck

60
mm
2,5
mm
1

10

Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn

mm
0,5

11

Đường kính trong đầu to

12

Đường kính ngoài đầu to

13

Chiều dài đầu to

14

Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ

15

Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu to

mm

D1

68
mm

D2

98

l®t

55

m1

1,1

m2

2,55

mm
mm
mm

12

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

12


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

Phần 3 : Tính toán kiểm nghiệm bền
3.1. Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.
Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:
- Lực quán tính của nhóm piston.
- Lực khí thể.
- Lực do biến dạng gây ra.
- Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất 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
n e=25%
ữ

30% tức là: Nmax
ữ

=(1,25

1,30) ne

Hình 3.1- 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
(3-1)
Trong đó:
13

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

13


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
Bán kính trong của đầu nhỏ :

H
2

=r

1

= 20
(mm)
(mm)

Bán kính ngoài đầu nhỏ : r2 = 29
H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ.
1

: Bán kính góc l-

ợn nối đầu nhỏ với thân thanh truyền chọn theo hệ số thực nghiệm.


Chọn:

1

= 30

(mm)
Thay vào (3-1):

= 900 + arccos

20 + 30
= 1200
29 + 30

- 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
.
(0,00033 0,0297)

(MNm)
NA

=

pj

.

(0,572 0,0008 )

(MN)



Giá trị của
hai biểu thức trên tính theo độ.
Trong đó:
- pj : Lực quán tính của nhóm piston
Ta có :
pj

trong

=

mnp.R.

2



tụ t42)

.(1+
)

(sỏch tttk ụ

(3-2)
14

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

14


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP
np

Víi:
m
îng nhãm piston.

:Khèi lnp

m

= 2,15
(kg)
λ

: Tham sè kÕt cÊu;

λ

= R/l = S/2l

=122/2.220= 0,277

ω

VËn tèc gãc :

=

π .n
30

ω
π .n
30

=

=

π .1450
= 151,77
30

(rad/s)
R = S/2 = 122/2 =61
Thay vµo (3-2) :

(mm)
⇒

pj = 2,15. 61.10

−3

.151,77
2

.(1+ 0,277)
0,000386

(MN)

ρ

: B¸n kÝnh trung

ρ

b×nh ®Çu nhá;

=

=

d1 + d 2 40 + 58
=
= 24,5
4
4

(mm)
15

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

15


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
Do ó : MA= 0,000386.24,5.10
3

.(0,00033.120
0

- 0,0297) = 9,36.
(MNm)

NA = 0,000386.(0,572 - 0,0008.120
0

)

=
1,85.10
(MN)
- Lực tác dụng trên dầm cong có bán kính cong bằng bán kính trung bình của đầu nhỏ
-4



là lực phân bố có

giá trị là:
Pj

q

2

=

=

0,000386
= 7,8.10 3
3
2.24,5.10

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

Hình 3.2. 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
16

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

16


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
( x 90 0 )

(
có

lực

) và cung
bố

phân
( x 90 0 )

.

( x 90 0 )

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

ta

(3-3)
x

Nj = NAcos

+0,5Pj

1 cos x

(

)

(3-4)
- Khi
có :
Mô men uốn :

( x 90 0 )

ta

Mj = MA + NA
(1 cos x ) 0,5.Pj . .(sin x cos x )

Lực kéo:

(3-5)
Nj

=

NAcos

x

+0,5Pj

sin x cos x

(
)

(3-6)
Từ các biểu thức (3-5) và (3-6), ta thấy Mj và Nj trên cung BC (
x 90 0

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
+


) có giá trị

(1-cos

NA

) - 0,5Pj. (sin




cos
)
17

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

17


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP



Njc = NAcos

+



0,5PJ(sin

cos





Thay MA, NA , ,
và PJ vào (3-5) và (3-6) ta đợc:
Mjc=9,36.10-8 +1,85.10-4.24,5.10

)
,

3

.(1-cos120
0

)0,5.0,000386.24,5.10-3.(sin120
0

-cos120
0

)
Mjc=4,33.10-7
Njc= 1,85.10-4cos120

(MN.m)
0

+0,5. 0,000386.
0

(sin120

- cos120
0

) = 1,71.10-4
(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 + Eb Fb

(3-7)
Trong đó:
18

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

18


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP

- Ed:M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu chÕ t¹o thanh truyÒn; E
d

= 2,2.10

5

(MN/m

2

- Eb

)
: M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu chÕ t¹o b¹c lãt; E b

= 1,15. 10

5

(MN/m
2

)
d

- F
cña ®Çu nhá thanh truyÒn

: TiÕt diÖn däc

d

F

=l

d1

.(d

2

-d

1

)

(m2)

Víi:
l
nhá

d1

thanh

truyÒn;
d1

: ChiÒu dµi ®Çu
l
=

(mm)
d1 : §êng kÝnh trong ®Çu nhá : d1 = 40

(mm)
2

d

33

: §êng kÝnh
2

ngoµi ®Çu nhá: `d
= 58

(mm)
d

 F
d1

=l
.(d
19

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

19


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
2

-d

1

) = 33.10-3 .
3

(58.10

3

40.10
5,94.10-4

)=
(m )
2

- Fb : tiết diện dọc của bạc lót.
cp

Fb = ld1.(d1 - d

)
3

= 33.10 .(40.10

-

-3

3

35.10

) = 1,65.10-4
2

(m
Thay s vo ta c :

)

=

Do

cú

h

s

gim

ti,

2,2.105.5,94.104

= 0,87
2,2.105.5,94.10 4 + 1,15.105 .1,65.10 4

lc

kộo

thc

t

Nk

nh

hn

NJ
N k = N J = 0,87.1,71.10-4

(MN)
Do vậy, ứng suất trên đầu nhỏ trong trờng hợp có ép bạc lót sẽ là:
Trên
mặt
ngoài
nj = [2M j

:

6 + s

1
+ Nk ]
s (2 + s )
ld 1 s

(sỏch ttc t trong ct2.4)
Hay

:
nj = [ 2 M j

6 + s
1
+ N J ]
s (2 + s )
l d1s

20

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

20


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
S là chiều dày đầu nhỏ.

S = r2 - r1 = 29 - 20 = 9

(mm)

Thay vào ( 3-8) ta đợc:
nj = [2.4,33.10 7.

6.24,5.10 3 + 9.103
+ 0,87 .(1,71.10
9.10 3.( 2.24,5.10 3 + 9.10 3 )

(MN/m)
Trên mặt trong :
tj = [2 M j

6 s
1
+ N J ]
s (2 s )
ld1s

(3-9)
Thay s vo ta c :
tj = [2.4,33.10 7.

6.24,5.103 9.10 3
+ 0,87 .(1,71.10
3
3
3
9.10 .( 2.24,5.10 9.10 )

(MN/m2)

Hình 3.3 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 xẽ 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 3.3)
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 .Fpt + Mnp.R
2



ttttk ụ tụ)

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

(1 +
) (ct 2.43 sỏch
21

21


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
Trong ó:
- Fpt : Diện tích đỉnh piston;
- Fpt =
D 2 (104.103 ) 2
=

= 2,7.10 3
4
4

(m2)


P = 5,7.2,7.10-3
3

+ 2,15.61.10
2

.151,77
.(1+ 0,277)
= 0,00386
(MN)
Theo Kinaxotsvili, lực P gây ra phân bố trên nửa dới đầu nhỏ theo quy luật đờng cong
cosinuyt . Ta cũng coi đầu nhỏ nh một dầm cong nh đã nói ở phần trên và do tính chất đối
xứng ta cắt bỏ đi một nửa tiết diện A -A, thay vào đó bằng các lực và mô men tơng ứng N
A

,M

A

. Tra bảng trang

202 sách Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong ĐHBK

Với:

= 1200 thì:

NA
P


= 0,003

MA
=
P


0,0011



A



0,00386 = 1,158.10

-5

N
=

0,003.P
=

0,003.
(MN)

22

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

22


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP
A

M


= 0,0011. P

.

.= 0,0011.
(MN.m)

0,00386.24,5.10-3 = 1,04.10-7

Mô

men

uốn

Hình 3.4 Sơ đồ tác dụng lực trên đầu nhỏ thanh truyền.
và lực pháp tuyến (lực kéo) trên cung
x 90 0

Mz1

=

AB

(

) là:
MA

+

NA

(1 cos x )

(3-11)
x

Nz1 = NA cos

x

Chọn

=

60

0



1,158.10 .
-5

24,5.10 .(1

Mz1 = 1,04.10-7+
cos60

-

-3

0

)

=

2,45.10-7

1,158.10-5.

cos60

(MN.m)
Nz1

=

0

=

5,79.10-6

(MN)

23

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

23


Khoa Cơ Khí – Trường ĐH LÂM NGHIỆP
Vµ

trªn

cung

BC

(

γ x ≥ 90 0

Mz2

=

) lµ:

MA

+

ρ(1 − cos γ x ) − P∑ ρ(

(3-12)
Nz2

NA.

sin γ x γ x
1
− sin γ x − cos γ x )
2

π
π

=
cos γ x + P∑ (

Trong

c«ng

N A.
sin γ x γ x
1
− sin γ x − cos γ x )
2
π
π

thøc

trªn

γ
x

tÝnh theo radian,
γ

chän
x

=

2.π
3

(rad)

M z 2 = 1,04.10- 7 + 1,158.10 -5.24,5.10- 3 (1 - cos

= 1,04.10-7

2π
) - 0,00386.2
3

(MN.m)

Nz2=1,158.10-5.cos
2.π
3

+0,00386.(

2π 2π
3 − 3 sin 2π − 1 . cos 2π
2
π
3 π
3

sin

)=-1,24.10-3

(MN)

24

SVTH: Nguyễn Đình Tuấn K58KTCK

24


Khoa C Khớ Trng H LM NGHIP

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 NZ chỉ là một phần của NZ tức là
N Z .

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

Trên

ngoài

:

6 + s
1
+ N Z ]
s (2 + s )
ld1 S

mặt

trong
tz = [2 M z

:

6 s
1
+ N z ]
s (2 s )
ld1S

Thay giá trị MZ, NZ bằng MZ1, MZ2, NZ1, NZ2 theo biểu thức (3-8) và (3-9), 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 3.5).

Hình 3.5. ứng suất trên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén


nz1

[2.2,45.10 -7.

=
6.24,5.10 3 + 9.10 3
+ 0,87 .( 5,79.10 -6 )].
3
3
3
9.10 .( 2.24,5.10 + 9.10 )

=0,51

(MN/m
2

)

25

SVTH: Nguyn ỡnh Tun K58KTCK

25