thiết kế tính toán thanh truyền động cơ diesel

Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2016
Giáo viên hướng dẫn

BÙI HÀ TRUNG

1

Đồ Án Môn Học

1


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Mục lục
1.Mô tả chung về thanh truyền…………………………………………..………4
1.1..Nhiệm vụ………………………………………………………………..

……….4
1.2.Điều kiện làm việc………………………………………………….…………….4
1.3.Vật liệu chế tạo thanh truyền

……………………………………………………..4
1.4.Kết cấu của thanh truyền ……………………………………….………………..4
1.5.Bạc thanh truyền…………………………………………………………..……..7
1.6.Bu long thanh truyền……………………………………………………………..8

2. Xác định các thông số cần thiết………………………………………………..9
2.1.Thông số cho trước của thanh truyền……………………………………………..9
2.2.Các thông số tính toán…………………………………………………………..10
2.3.Khối lượng nhóm thanh truyền…………………………………………………..11
2.4.Bảng thông số tính toán……………………………………………………..…..12

3. Tính toán kiểm nghiệm bền thanh truyền …………………………………..13
3.1.Tính sức bền đầu nhỏ của thanh
truyền…………………………………………..13
3.2.Tính sức bền thân thanh truyền……………………………….…………………22
3.3.Tính sức bền đầu to thanh truyền……………………………….……………….28

2

Đồ Án Môn Học

2

Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh giữ vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường
biển, đường hàng không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác.
Từ khi mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước đã đạt được nhiều
thành tựu về khoa học và kỹ thuật cũng như mọi mặt của đời sống xã hội nói chung.Một
trong những thành tựu đó là quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá. Để xây dựng thành
công quá trình CNH-HĐH đòi hỏi phải xây dựng một nền khoa học kỹ thuật và công
nghệ tương ứng.Ngành công nghiệp Ôtô là một trong những ngành phục vụ rất hiệu quả
cho quá trình CNH-HĐH.
Ngành công nghiệp Ôtô tuy không phải là một ngành mới,nhưng nó vẫn diễn ra rất
sôi động ở mỗi quốc gia khác nhau trên thế giới.Nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng
của ngành công nghiệp này Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách phù hợp thúc
đẩy sự phát triển ngành công nghiệp Ôtô trong nước,từng bước phát triển và tiến tới sẽ
sản xuất được Ôtô tại chính nước ta mà không phải nhập khẩu.
Môn “Thiết kế và Tính toán Ôtô”là một trong những môn học đóng vai trò quan
trọng trong việc thiết lập những cơ sở khoa học để thiêt kế và kiểm nghiệm bền các chi
tiết, các cơ cấu,hệ thống cấu thành nên Ôtô.
Môn học này là nền tảng cơ bản của ngành kỹ thuật Ôtô vì vậy nó đòi hỏi phải được
xây dựng ngay từ những bước đi đầu tiên.
Xuất phát từ những điều kiện trên,em đã được nhà trường và khoa giao cho đề tài:
“Tính toán kiểm nghiệm bền cho thanh truyền”
Trong quá trình thực hiện đề tài, được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong
khoa, đặc biệt là thầy BÙI HÀ TRUNG, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay em đã
hoàn thành đề tài.
Do điều kiện về thời gian cũng như hạn chế về trình độ của bản thân,thêm vào đó

vấn đề nghiên cứu còn mới mẻ nên đề tài không tránh khỏi sai sót. Vì vậy em rất mong
nhận được sự đóng góp, bổ sung của các Thầy - Cô giáo trong khoa và các bạn đồng
nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em chân thành cảm ơn!

3

Đồ Án Môn Học

3


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

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
4

n Mụn Hc

4


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

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
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
5

n Mụn Hc

5


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

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.
+ 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

6

n Mụn Hc

6


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

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.
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
7

n Mụn Hc

7

Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

- 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

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

n Mụn Hc

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)

8

8

Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
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

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 )
ữ

dcp = (0,3

0,45)D

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

dcp

ữ

=

(0,3

0,45).104 = (31,2

ữ

46,8)



Chọn dcp =35

(mm)

Đờng

kính

bệ

chốt

b

db

=

(d
):

ữ

(1,3

1,6)d

cp

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

ữ
ữ

db
1,6).35

(1,3
=(45,5

56)

b

=

Chọn
= 50

d

(mm)

9

n Mụn Hc

9


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
Đờng
kính
lỗ
trên

chốt

0

):

0

d

(d

= (0,6

ữ

0,8) d

cp

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


d

0

= (0,6

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
5).35=

(2,45

2,975) (mm)

Chọn = 2,45

Khe

=

(0,014

=(

0,0004

0,0015).dcp
ữ

0,001
ữ

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)
10

n Mụn Hc

10

Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn


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
(mm)


Chọn d2 =58
29

Ta có

r2 =

(mm)
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

:
ữ

=

(0,56

0,75)D= (0,56

ữ

(58,24

dck

0,75).104
ữ

=

78)
11

n Mụn Hc

11


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
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

'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

ữ

=(0,045
0,015).60=(2,7
12

n Mụn Hc

12


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
÷

0,9).Chän:

∆' 2

=1

(mm)
∆'3

dµy

líp

hîp

kim

: ChiÒu
mßn;

chÞu

∆'3

=

÷

(0,2

0,7)

(mm)
∆'3

Chän:
= 0,5

(mm)

⇒

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:

D
(mm)

1,45.

D

= 1,45.68 = 98,6.
2

= 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

Đồ Án Môn Học

(mm)
13

13


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên
• Khèi lîng thanh truyÒn quy dÉn vÒ ®Çu

nhá

÷

=

(0,275

0,35)mtt

(

ct

⇒

1.28 TTTK )

÷

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

=

(1,00375

÷

Chän :

m1

1,2775)

m1 = 1,1

(kg)

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

(kg)

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

Khe hở hướng kính bạc lót và chốt piston

4

Bán kính trong đầu nhỏ
Bán kính ngoài đầu nhỏ

6

Chiều dài đầu nhỏ

7

Đường kính chốt

8

2,45
mm

Δ’
5

mm
mm

∆
3

Đơn vị

r1

0,05
mm
20
mm

r2

29

ld1

33

dck

mm
mm

60

Chiều dày vỏ thép bạc lót

mm
2,5

9

Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu

mm
1

10

Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn

mm
0,5

11

Đường kính trong đầu to

mm
14

Đồ Án Môn Học

14


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
12

ng kớnh ngoi u to

13

Chiu di u to

14

Khi lng thanh truyn quy dn v u nh

15

Khi lng thanh truyn quy dn v u to

D1

68

D2

98

mm

lđt

55

m1

1,1

m2

2,55

mm
mm
mm

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

=(1,25

30% tức là: Nmax
ữ

1,30) ne

15

n Mụn Hc

15


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn

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:
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):

16

n Mụn Hc

16


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
= 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

.(1+



tụ t42)

)

(sỏch tttk ụ

(3-2)
np

Với:
m
ợng nhóm piston.

:Khối lnp

m

= 2,15

(kg)


: Tham số kết cấu;



= R/l = S/2l

=122/2.220= 0,277



Vận tốc góc :

=

.n
30

17

n Mụn Hc

17


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

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)
Do đã : 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)
- Lùc t¸c dông trªn dÇm cong cã b¸n kÝnh cong b»ng b¸n kÝnh trung b×nh cña ®Çu nhá
-4

ρ

lµ lùc ph©n bè cã

gi¸ trÞ lµ:

18

Đồ Án Môn Học

18


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
Pj

q

2

=

=

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

(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
(
có

( x 90 0 )

lực

) và cung
bố

phân
( x 90 0 )

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

Lực kéo:

.

( x 90 0 )

ta

(3-3)

19

n Mụn Hc

19


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
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

) có giá trị

lớn hơn, tiết diện nguy hiểm là tiết diện ngàm C - C.
Nh vậy mô men uốn và lực kéo tại tiết diện ngàm C -C bằng :
Mjc
=
MA
+


(1-cos

NA

) - 0,5Pj. (sin



cos



)

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
20

n Mụn Hc

20

Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
0

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

0

-cos120
0

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

(MN.m)

-7

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:
- Ed:Mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền; E
d

= 2,2.10

5

(MN/m
2

)

21

n Mụn Hc

21


Khoa Cơ Khí Động Lực – Trường ĐHSPKT Hưng Yên

- 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:
d1

l

nhá

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

=l

d1

.(d

2

-d

1

) = 33.10-3 .
−3

(58.10

22

Đồ Án Môn Học

22


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
3

40.10

5,94.10-4

)=
(m )
2

- Fb : tiết diện dọc của bạc lót.
cp

Fb = ld1.(d1 - d

)
3

= 33.10-3.(40.10

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

S là chiều dày đầu nhỏ.
S = r2 - r1 = 29 - 20 = 9

(mm)
Thay vào ( 3-8) ta đợc:

23

n Mụn Hc

23


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
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 :

6.24,5.103 9.10 3
tj = [2.4,33.10 .
+ 0,87 .(1,71.10
3
3
3
9.10 .( 2.24,5.10 9.10 )
7

(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



(1 +
) (ct 2.43 sỏch

ttttk ụ tụ)
Trong ó:
- Fpt : Diện tích đỉnh piston;

24

n Mụn Hc

24


Khoa C Khớ ng Lc Trng HSPKT Hng Yờn
- 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



N

A

=



0,00386 = 1,158.10

=

-5
A

M


0,00386.24,5.10 = 1,04.10
-3

-7

0,003.P

0,003.
(MN)

= 0,0011. P

.

.= 0,0011.
(MN.m)
25

n Mụn Hc

25