Thiết kế xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tay biên của động cơ d12 tại công ty máy kéo và máy nông nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành 4 năm học tập, rèn luyện tại trường Đại học Lâm nghiệp
khóa học 2008 – 2012 và củng cố phần kiến thức đã học đồng thời làm quen
với công tác nghiên cứu khoa học, được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà
trường cùng các thầy cơ giáo trong Khoa Cơ điện và cơng trình trường Đại
học Lâm Nghiệp tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “ Thiết kế, xây dựng quy
trình cơng nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12 tại Công ty máy kéo và máy
nông nghiệp”
Sau một thời gian làm việc khẩn trương và nghiêm túc, đến nay khóa
luận của tơi đã được hồn thành theo đúng kế hoạch. Nhân dịp này, tơi xin
bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS.Lê Văn Thái người đã trực tiếp
hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Nhân đây,
cho phép tơi được bày tỏ lịng biết ơn đến tồn thể các thầy cơ giáo trong
Khoa Cơ điện và cơng trình Trường Đại học Lâm nghiệp, các anh, các chú
công tác tại Công ty máy kéo và máy nông nghiệp nơi tôi thực tập đã tạo điều
kiện giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận này.
Mặc dù đã có sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, song do thời gian và
trình độ bản thân cịn hạn chế, lại là bước đầu làm quen với công tác nghiên
cứu khoa học nên khóa luận khơng tránh khỏi những thiếu sót. Để khóa luận
được hồn thiện hơn, tơi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung
của các thầy cô giáo và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Xuân Mai,ngày 16 tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Đinh Tung Hoành

1


ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngành cơng nghiệp ơtơ là ngành mang tính tổng hợp. Sự phát triển của
nó sẽ kéo theo các ngành nghề và các dịch vụ khác phát triển, thúc đẩy
nền kinh tế phát triển bền vững. Ở nước ta, công nghiệp ôtô được coi là ngành
trọng điểm, luôn nhận được các chính sách ưu đãi của nhà nước.
Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hóa, khách hàng tăng nhanh,
mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển của đô
thị ngày càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ơtơ lại càng có ưu thế do đặc
tính đơn giản, an tồn, cơ động. Ở các nước công nghiệp phát triển, công
nghiệp ôtô là ngành kinh tế mũi nhọn. Trước đây các ôtô hoạt động ở Việt
Nam đều là ôtô nhập ngoại với nhiều chủng loại do nhiều công ty ở các nước
sản xuất. Những năm gần đây chúng ta thực hiện việc liên doanh, liên kết với
các cơng ty nước ngồi. Nên Việt Nam đã có nhiều liên doanh đã và đang
hoạt động, ngồi ra ở một số hãng trong nước ôtô được lắp ráp trên dây
chuyền công nghệ hiện đại. Ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã chuyển sang
một giai đoạn mới.
Nghành công nghiệp ơtơ ngày càng phát triển kéo theo nó là sự ra đời
và phát triển ngày càng mạnh của các công ty, doanh nghiệp, xưởng sản xuất
,sửa chữa động cơ,chi tiết máy, chi tiết cho các động cơ ôtô máy kéo...nhằm
thay thế, sửa chữa các động cơ xe ôtô, máy kéo khi bị hư hỏng.
Đề tài : “Thiết kế, xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo tay biên của
động cơ D12 tại Công ty máy kéo và máy nông nghiệp” đáp ứng được nhu
cầu thay thế sửa chữa chi tiết máy khi động cơ hư hỏng và đây cũng là cơ hội
để tôi kiểm nghiệm lại kiến thức đã được học của các môn học và nâng cao sự
hiểu biết của bản thân. Để hồn thành khóa luận này ngồi sự nỗ lực của bản
thân tơi khơng thể khơng kể đến sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong
bộ môn. Đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Lê Văn Thái, người đã trực
tiếp hướng dẫn tơi trong q trình thực hiện làm khóa luận.
2

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Giới thiệu chung về Công ty máy kéo và máy nông nghiệp
Công ty máy kéo và máy nông nghiệp thuộc Tổng công ty máy động lực
và máy nông nghiệp – Bộ công nghiệp. Cơng ty là một doanh nghiệp nhà
nước có tư cách pháp nhân và thực hiện hạch toán kinh tế độc lập. Trụ sở của
cơng ty đóng tại đường Chu Văn An- Hà Đơng- Hà Nội.
1.1.1. Q trình hình thành và phát triển
Cơng ty máy kéo và máy nơng nghiệp có tiền thân là nhà máy công cụ
Hà Đông, thành lập từ ngày 22/10/1960. Nhà máy được thành lập với sự sát
nhập của năm tập đoàn sản xuất miền Nam chuyên sản xuất nông cụ cải tiến,
đồ mộc, sửa chữa ô tơ. Lúc đó nhà máy có 131 cơng nhân viên chủ yếu là
công nhân cơ giới, 36 thiết bị cũ mà Pháp để lại và gần 2000 m2 nhà xưởng.
Nhiệm vụ của nhà máy trong giai đoạn này là nghiên cứu sản xuất máy
kéo, sản xuất máy công tác đi theo máy kéo phục vụ cơ giới hóa nơng nghiệp,
sản xuất hàng phục vụ quốc phòng và đào tạo đội ngũ cán bộ cho ngành cơ
khí. Từ năm 1960- 1968 nhà máy chủ yếu sản xuất các mặt hàng cơ khí như :
sản xuất máy kéo MTZ50, sản xuất máy kéo tháng tám 50CV, các loại máy
bơm chống hạn 6K18... để phục vụ nông nghiệp. Năm 1967 nhà máy đổi tên
thành Nhà máy cơ khí Nơng nghiệp.
Từ năm 1968 – 1988, nhà máy đầu tư mở rộng nhà xưởng với 4000 m2,
đầu tư thêm thiết bị sản xuất, đội ngũ công nhân tăng lên (1200 người). Đồng
thời nhà máy cử một đoàn cán bộ sang Trung Quốc nghiên cứu máy kéo 12.
Trong giai đoạn này nhà máy đã đạt được những thành tựu đáng kể: sản lượng
sản xuất máy kéo và bình bơm tăng dần với chất lượng ngày càng cao, đời
sống cán bộ công nhân viên ngày được cải thiện.
Năm 1989, nền kinh tế nước ta chuyển dần từ nền kinh tế tập trung
sang nền kinh tế thị trường có sự quản lý của nhà nước, cơ chế thị trường đòi

3


hỏi nhà máy phải tự đổi mới và vận động theo nó. Kết quả là trong thời kỳ này
nhà máy đã sản xuất được gần 30 loại sản phẩm phục vụ cho nông nghiệp.
Ngày 25/02/1993 thành lập lại Nhà máy cơ khí nơng nghiệp theo nghị
định 338, Quyết định số 287QD/TCNSĐT.
Ngày 17/04/1994, theo quyết định số 175/ TCCBĐT của Bộ Cơng
nghiệp, Nhà máy Cơ khí nơng nghiệp đổi tên thành Công ty máy kéo và máy
nông nghiệp.
Qua 50 năm hoạt động, đến nay công ty không ngừng phát triển lớn
mạnh về mọi mặt. Từ chỗ sản xuất công cụ cải tiến và sửa chữa đến sản xuất
đồng bộ máy kéo và thiết kế chuyên dùng có độ phức tạp cao, từ chỗ chỉ có
36 thiết bị cũ lên tới 600 thiết bị đặt trong 8 phân xưởng sản xuất.
Hiện nay sản phẩm của cơng ty đã có mặt ở mọi miền đất nước và được
bà con nơng dân tín nhiệm sử dụng.
1.1.2. Đặc điểm của hoạt động sản xuất kinh doanh
1.1.2.1. Cơ cấu tổ chức sản xuất
Công ty chuyên sản xuất máy phục vụ cho sản xuất nông nghiệp theo
quy trình khép kín từ khâu rèn đúc thép, đúc gang và gia cơng cơ khí đến mạ
nhiệt luyện, lắp ráp ra sản phẩm. Bộ máy sản xuất của công ty gồm 8 phân
xưởng:

Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức bộ máy sản xuất
* Phân xưởng đúc: tạo phôi chi tiết bằng gang, thép.
* Phân xưởng rèn dập: cắt phôi, nén, dập, gò, hàn các loại chi tiết.
4


* Phân xưởng cơ khí: gia cơng các loại hộp, trục, càng, bánh răng…

* Phân xưởng nhiệt mạ: mạ và nhiệt luyện các chi tiết.
* Phân xưởng lắp ráp: lắp ráp và hồn thiện sản phẩm.
* Phân xưởng cơ khí 3: sản xuất bình bơm thuốc trừ sâu.
* Phân xưởng dụng cụ: sản xuất trang bị công nghệ, khuôn mẫu, dụng cụ cắt
phục vụ sản xuất.
* Phân xưởng sửa chữa: chuyên sản xuất, sửa chữa thiết bị, đại tu máy móc
thiết bị…
1.1.2.2.

Đặc điểm cơng nghệ

Cơng ty máy kéo và máy nơng nghiệp chun sản xuất thiết bị, máy
móc, phụ tùng máy phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Sản phẩm của cơng ty
được đa dạng hóa theo u cầu của thị trường nên cơng ty có sản xuất nhiều
chủng loại sản phẩm như: máy kéo 8CV, máy kéo 12CV, máy kéo 15-18CV,
máy gặt đập liên hợp, máy cấy, máy gieo hạt, bình bơm thuốc trừ sâu… và
các loại phụ tùng máy móc khác.
Thép phơi và gang được xuất kho xuống các phân xưởng đúc, rèn dập.
Tại đây các phân xưởng có nhiệm vụ thực hiện cơng nghệ chế tạo phơi, sau
đó phơi được nhập vào kho phơi để xuất cho phân xưởng cơ khí. Phân xưởng
cơ khí chuyển đến phân xưởng nhiệt mạ để mạ rồi nhập lại cho phân xưởng
cơ khí hoặc có thể từ phân xưởng cơ khí, phân xưởng nhiệt mạ nhập xuống
kho bán thành phẩm. Từ kho bán thành phẩm có thể xuất các phụ tùng xuống
kho thành phẩm để bán hoặc chuyển xuống phân xưởng lắp ráp sau đó nhập
xuống kho thành phẩm để xuất bán. Mỗi phân xưởng đều có nhân viên KCS
kiểm tra chất lượng sản phẩm.

5

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất
1.1.2.3. Đặc điểm về lao động
Hiện tại cơn ty có 949 cán bộ cơng nhân viên trong đó 13% là nhân
viên quản lý, 125 kỹ sư. Với đội ngũ công nhân dày dặn kinh nghiệm là điều
kiện thuận lợi cho công tác nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời khắc
phục những sự cố do thiết bị cũ, lạc hậu gây ra. Đáp ứng nhanh các loại sản
phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng.
1.1.2.4. Đặc điểm về máy móc thiết bị
Máy móc thiết bị của cơng ty máy kéo và máy nông nghiệp chủ yếu là
của Liên Xô trang bị. Phần lớn trang thiết bị đã quá cũ, lạc hậu. Những năm
gần đây công ty đã đầu tư thêm các loại máy công cụ được sản xuất từ Trung
Quốc, Đài Loan, đặc biệt là công ty đã trang bị thêm các máy CNC cho dây
chuyền sản xuất.
Nhìn chung cơng ty có số lượng máy móc, thiết bị sản xuất là tương đối
lớn và đầy đủ đáp ứng được nhiệm vụ và yêu cầu sản xuất của công ty. Tuy
nhiên để sản phẩm của cơng ty có sức cạnh tranh cao trên thị trường, trong
những năm tới công ty cần đầu tư thêm trang thiết bị hiện đại nhằm tăng năng
suất, chất lượng sản phẩm, giảm giá thành đáp ứng nhu cầu phát triển của xã
6


hội. Dưới đây là hình ảnh một số máy móc thiết bị tại Cơng ty máy kéo và
máy nơng nghiệp:

Hình 1.3. Máy CNC để gia cơng các chi tiết máy

Hình 1.4. Máy doa sửa

Hình 1.5. Máy doa xylanh

tay biên
1.2. Mục tiêu của khóa luận
Mục tiêu của khóa luận là nghiên cứu thiết kế, xây dựng quy trình cơng
nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12 làm cơ sở để các nhà máy, doanh
nghiệp chế tạo máy nông nghiệp, áp dụng đưa vào sản xuất.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: vận dụng kiến thức về ô tơ máy
kéo, kết cấu tính tốn động cơ đốt trong, công nghệ chế tạo máy để nghiên
7


cứu thiết kế và xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo tay biên của động cơ
D12.
1.4. Nội dung của khóa luận
1.4.1. Thiết kế tay biên của động cơ D12
+ Cấu tạo chung và điều kiện làm việc của tay biên.
+ Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay.
+ Tính tốn thiết kế tay biên của động cơ D12.
1.4.2. Xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12
+ Phân tích chức năng làm việc của tay biên.
+ Phân tích tính cơng nghệ trong kết cấu của tay biên.
+ Xác định dạng sản xuất.
+ Chọn phương pháp chế tạo phôi.
+ Lập thứ tự các nguyên công, các bước (vẽ sơ đồ gá đặt, ký hiệu định
vị, kẹp chặt, chọn máy, chọn dao, vẽ ký hiệu chiều chuyển động của dao, của
chi tiết).
+ Tính lượng dư cho một bề mặt nào đó (mặt trịn trong, mặt trịn ngồi
hoặc mặt phẳng) cịn tất cả các mặt gia cơng khác của chi tiết thì tra theo Sổ
tay cơng nghệ chế tạo máy.
+ Tính chế độ cắt cho một ngun cơng nào đó (thường là ngun cơng

phải sử dụng đồ gá) cịn tất cả các ngun cơng khác thì tra theo Sổ tay cơng
nghệ chế tạo máy.
+ Tính thời gian gia cơng cơ bản cho tất cả các nguyên công.
+ Thiết kế một đồ gá gia công hoặc một đồ gá kiểm tra.
+ Xây dựng các bản vẽ.

8


Chương 2
THIẾT KẾ TAY BIÊN CỦA ĐỘNG CƠ D12
2.1. Cấu tạo chung và điều kiện làm việc của tay biên
2.1.1. Cấu tạo chung của tay biên
Thanh truyền (tay biên) được chia làm 3 phần: đầu nhỏ, thân và đầu to.
Đầu nhỏ thanh truyền lắp ghép với chốt piston, đầu to lắp ghép với chốt trục
khuỷu.

Hình 2.1. Cấu tạo của tay biên
1-Đầu nhỏ tay biên; 2- Thân tay biên; 3- Đầu to tay biên
a) Đầu nhỏ thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền lắp với chốt piston, bên trong có bạc đồng, phía trên có
lỗ dầu bơi trơn cho bạc. Bạc đồng được ghép chặt vào đầu nhỏ thanh truyền.
Nếu chốt piston lắp cố định trên đầu nhỏ thì đầu nhỏ có khe cắt xiên và
cố định bằng bulông. Nếu chốt piston lắp với đầu nhỏ thanh truyền thì phải có
bạc lót và cần giải quyết tốt vấn đề bôi trơn.
Người ta thường khoan lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ hoặc khoan dọc thân
thanh truyền để dẫn dầu bôi trơn từ cổ trục lên.
Ở các động cơ cỡ nhỏ, động cơ 2 kỳ cao tốc người ta khơng dùng bạc
lót mà dùng ổ bi đũa.
Để điều chỉnh trọng lượng thanh truyền, trên đầu nhỏ có vấu lồi dự trữ

kim loại.
9


b) Thân thanh truyền
Thân thanh truyền được nối đầu nhỏ với đầu to, có tiết diện hình chữ I
được ứng dụng rộng rãi trong các loại động cơ. Do tính hợp lý của việc sử
dụng vật liệu nên trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ cứng vững lớn.
Trong thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bơi trơn. Đường kính lỗ
dẫn dầu phải bảo đảm cung cấp đẩy đủ lượng dầu bơi trơn và nhanh chóng
đưa dầu lên bơi trơn khi khởi động. Vì vậy lỗ dẫn dầu khơng nên quá lớn hoặc
quá bé. Để tăng độ cứng vững và dễ khoan lỗ dẫn dầu, người ta lam gân dọc
suốt chiều dài thân thanh truyền. Khi không thể khoan được đường dần dầu
nhất là đối với các loại thanh truyền dài hoặc cơng nghệ khó khăn, người ta
gắn ống dẫn dầu bơi trơn ở phía ngồi thân để đưa dầu từ đầu to lên đầu nhỏ.
Kích thước của thân thanh truyền lớn dần từ đầu nhỏ đến đầu to để phù
hợp với quy luật phân bố lực quán tính lắc của thanh truyền, cịn chiều dày
của thân thì đồng đều trên suốt chiều dài thân thanh truyền.

Hình 2.2. Một số tiết diện thân thanh truyền
c) Đầu to thanh truyền
Đầu to được lắp với chốt khuỷu, kích thước của nó phụ thuộc vào
đường kính và chiều dài chốt. Để thuận tiện cho việc lắp ghép và đút lọt qua
lỗ xy lanh đầu to thường được cắt làm 2 nửa và lắp lại bằng bulông. Một số
động cơ cỡ lớn, để giảm kích thước đầu to, người ta thường cắt theo mặt
phẳng xiên. Khi đó phải chú ý đến việc tránh lực cắt cho bulơng và thanh
truyền. Bạc lót đầu to cũng được cắt làm 2 nửa cho phù hợp. Ở động cơ tàu
thuỷ hoặc tĩnh tại cỡ lớn, đầu to được chế tạo rời với thân và lắp ghép với
thân bằng bulơng hoặc vít cấy. Các dạng động cơ cỡ nhỏ, đầu to là 1 khối
nguyên, loại này không dùng bạc lót mà dùng ổ bi đũa.

10


2.1.2. Điều kiện làm việc của tay biên
Tay biên (thanh truyền) là 1 chi tiết điển hình của chi tiết dạng càng.
Trong quá trình làm việc, thanh truyền truyền lực tác dụng trên piston cho
trục khuỷu làm quay trục khuỷu để sinh công. Khi làm việc thanh truyền chịu
tác dụng của lực khí thể và lực quán tính, đầu nhỏ chủ yếu chịu lực qn tính
của nhóm piston, đầu to chịu lực tác dụng của lực qn tính nhóm piston,
nhóm thanh truyền và lực quán tính ly tâm. Dưới tác dụng của lực này thanh
truyền thường bị uốn cong và xoắn…
2.2. Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay
Lực tác dụng lên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính Pj và lực
khí thể Pz. Nó tác dụng trên chốt piston và đẩy tay biên(thanh truyền):
P1 = Pz + Pj

(*)

Hình 2.3. Lực và mơmen tác dụng trên cơ cấu thanh truyền trục khuỷu
Trong quá trình tính tốn các lực này thường được tính trên đơn vị diện
tích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế của biểu thức (*) cho diện tích piston
Fp ta có:
p 1 = p z + pj

(**)

Trong đó:
p1 =

và

pj =
11


Phân p1 thành hai phân lực:
ptt - tác dụng trên đường tâm thanh truyền.
N - tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xylanh.
⃗⃗⃗⃗

⃗⃗⃗⃗⃗

⃗

(***)

Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N.
ptt = p1

và

N = p1

(****)

Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z, ta
cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau đây:
T = pttsin(α + β) = p1
Z = pttcos(α + β) = p1

α

β

α

β

(*****)
(******)

Từ sự phân tích llực ở trên ta có thể rút ra kết luận sau:
+ Lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên nắp xylanh, lên
thân máy và lên piston.
+ Hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên chốt piston sản
sinh ra lực đẩy thanh truyền, đồng thời cũng tác dụng trên ổ trục.
+ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến tác dụng lên ổ trục, chốt khuỷu
và chốt piston; lực quán tính chuyển động quay là một hằng số luôn tác dụng
lên ổ trục khuỷu.
Vậy khi làm việc thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể và lực
quán tính. Dưới tác dụng của lực này làm thanh truyền bị uốn cong, xoắn...
2.3. Tính tốn thiết kế tay biên động cơ D12
2.3.1. Tính sức bền đầu nhỏ tay biên
Trong q trình làm việc, đầu nhỏ tay biên chịu lực kéo do lực qn
tính của nhóm piston, lực nén do hợp lực của lực quán tính, lực khí thể và lực
sinh ra do lắp ghép và biến dạng nhiệt.

12

Hình 2.4. Sơ đồ tính tốn đầu nhỏ tay biên
* Đường kính ngồi bạc :
d1= (1,1÷1,25)dcp

(2-1)

Trong đó :
+ dcp - đường kính chốt : dcp = (0,3÷0,45)D

(2-2)

+ D - đường kính piston: D= 80 (mm) = 0,08 (m)
→ dcp= (0,3÷0,45)D = (0,3÷0,45)80 = (24÷36). Chọn dcp= 24(mm)
→ d1= (1,1÷1,25)dcp = (1,1÷1,25)24 = (26,4÷30). Chọn d1= 30(mm)
* Đường kính ngồi của đầu nhỏ thanh truyền:
d2= (1,3÷1,7)dcp = (1,3÷1,7)24 = (31,2÷40,8).

(2-3)

Chọn d2= 40(mm)
* Chiều dài đầu nhỏ:
ld = (0,28 ÷ 0,32)D = (0,28 ÷ 0,32).80= (22,4 ÷ 25,6)

(2-4)

Chọn ld = 25(mm)
* Chiều dày bạc đầu nhỏ:
s = (0,07 ÷ 0,085)dcp = (0,07 ÷ 0,085).24= (1,68 ÷ 2,04)
Chọn s = 2 (mm)
Xét tỷ số:

≈ 1,33 < 1,5
Vậy đầu nhỏ tay biên là loại đầu nhỏ mỏng.

13

(2-5)


a) Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền khi chịu kéo
Lực kéo đầu nhỏ là lực quán tính Pj, lực này sinh ra ứng suất uốn và
kéo tác dụng lên đầu nhỏ. Giả thiết lực quán tính phân bố đều theo hướng
kính trên đường kính trung bình của đầu nhỏ.
q=

(2-6)

Trong đó:
ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền.
ρ=

= 17,5 (mm) ≈ 0,02 (m)

(2-7)

Pj - lực quán tính:
Pj = mnp.R.ω2.(1 + λ).Fp

(2-8)

Với : mnp - khối lượng nhóm piston. mnp = 1,5 kg
R - bán kính quay của trục khuỷu.
R=

=

= 40 (mm)

(2-9)

với S =80mm là hành trình của piston.
ω - vận tốc góc. ω =

≈ 293 (vịng/phút)

=

Fp - diện tích đỉnh piston. Fp =

=

(2-10)

≈ 5,03.10-3 (m2) (2-11)

λ - tham số kết cấu. λ = 0,243
→ Pj = 1,5.0,04.2932.(1 + 0,243).5,03.10-3 ≈ 32,2 (N)
Vậy : q =

= 0,8.103 (N)

Coi đầu nhỏ là dầm cong ngàm một đầu tại tiết diện C – C (chỗ chuyển
tiếp giữa đầu nhỏ và thân thanh truyền) tương ứng với góc γ, ngàm C – C chịu
uốn lớn nhất.

14


Hình 2.5. Tải trọng tác dụng đầu nhỏ tay biên khi chịu kéo

Hình 2.6. Ứng suất tác dụng lên đầu nhỏ tay biên khi chịu kéo
- Xác định góc γ:
γ = 90 + arccos

(2-12)

Trong đó:
ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ tay biên: ρ = 17,5 (mm) ≈ 0,02 (m)
r2 - bán kính ngồi của đầu nhỏ:
r2 =

=

= 20 (mm)

(2-13)

H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ: H = 28 (mm) = 0,028 (m)
→ γ = 900 + arccos

≈ 121,80 ≈ 2,13 (rad)

Tại mặt cắt C-C ta có:
Mj = MA + NAρ(1 – cosγ)- 0,5Pjρ(sinγ – cosγ)

(2-14)

Nj = NAcosγ + 0,5Pj(sinγ – cosγ)

(2-15)

15


Coi đầu nhỏ thanh truyền chịu lực như một dầm cong ngàm một đầu tại
(C-C) thì momen uốn MA và lực pháp tuyến NA có thể tính gần đúng theo
cơng thức sau với γ tính theo độ:
MA = Pj.ρ.(0,00033γ - 0,0297) = 32,2.0,02 .(0,00033.121,8 - 0,0297)
≈ 6,8.10-3 (N/m2)

(2-16)

NA = Pj.(0,572 - 0,0008γ) = 32,2.(0,572 - 0,0008.121,8) ≈ 15,3 (N)

(2-17)

Do đó momen uốn và lực kéo tại tiết diện C-C:
→ Mj = 6,8.10-3 + 15,3.0,02.(1 – cos121,8)- 0,5.32,2.0,02.(sin121,8 –
cos121,8)
≈ 0,06 (N/m2)

Nj = 15,3.cos121,8 + 0,5.32,2.(sin121,8 – cos121,8) ≈ 14,2 (N)
Vì bạc đầu nhỏ lắp chặt trong đầu nhỏ nên khi lắp ráp đầu nhỏ đã chịu
ứng suất kéo dư do đó đầu nhỏ được giảm tải:
Nk = χNj

(2-18)

Với:
χ là hệ số giảm tải. χ =

(2-19)

Ed , Eb là môđun đàn hồi của vật liệu thanh truyền và bạc lót
Ed = 2,2.105 (MN/m2)
Eb = 1,15.105 (MN/m2)
Fd , Fb là tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền và bạc lót
Fd =

≈ 5,5.10-4 (m2)

=

Fb =

=

(2-20)
(2-21)

≈ 9,1.10-5(m2)

Vậy:
χ=

≈ 0,92

→ Nk = 0,92. 14,2 ≈ 13,07 (N)
16


- Ứng suất tác dụng lên mặt ngoài khi chịu kéo:
σnj = [

]

(2-22)

→ σnj = [

]

≈ 3,7.106 (N/m2) = 3,7 (MN/m2)
- Ứng suất tác dụng lên mặt trong khi chịu kéo:
σtj = [

]

→ σtj = [

(2-23)

]

≈ - 3,5.106 (N/m2) = - 3,5(MN/m2)
b) Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén

Hình 2.7. Tải trọng tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén

Hình 2.8. Ứng suất tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén
Lực nén tác dụng là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính:
P1= Pz+ Pj
17

(2-24)


Trong đó:
Lực khí thể: Pz = pz.Fp

(2-25)

Fp - diện tích đỉnh piston, Fp = 5,03.10-3 (m2)
pz - áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston, pz = 8,5 (MN/m2)
→ Pz = 8,5.5,03.10-3 ≈ 0,043 (MN)
Lực quán tính: Pj = 32,2 (N)
P1 = 0,043.106 + 32,2 = 43032,2 (N)≈ 43,03.103 (N)

Vậy:

Theo Kinaxotsvily lực P1 phân bố trên nửa dưới đầu nhỏ theo đường
Côsin. Tại tiết diện C-C nguy hiểm nhất, momen uốn và lực pháp tuyến tại

đây được tính:
Mz = MA + NAρ(1 - cosγ) - P1ρ(

)

Nz = NAcosγ - P1(

)

(2-26)
(2-27)

Trong đó:
MA - momen uốn: MA = 6,8.10-3 (N/m2)
NA - lực kéo pháp tuyến: NA = 15,3 (N)
P1 - lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền: P1 = 43,03.103 (N)
ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ tay biên: ρ = 0,02 (m)
γ = 2,13 rad
→ Mz= 6,8.10-3+ 15,3.0,02(1 - cos2,13) - 43,03.103.0,02(

) ≈ -8,12 (N/m2)
→ Nz = 15,3cos2,13 - 43,03.103(

3

)

→ Nz ≈ - 4,4.102 (N)
Lực pháp tuyến thực tế tác dụng lên đầu nhỏ khi chịu nén là:
Nkz = χNz

→ Nkz = 0,92.(-4,4.102) ≈ -4,05.102 (N)

18

(2-28)


- Ứng suất nén mặt ngoài tại C-C là:
σnz = [

]

→ σnz = [

(2-29)
]

≈ -0,48.109 (N/m2)
- Ứng suất nén mặt trong tại C-C là:
σtz = [

]

→ σtz = [

(2-30)
]

≈ 0,49.109 (N/m2)
c) Ứng suất biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền

Ứng suất biến dạng sinh ra do thanh truyền chịu nhiệt và do bạc lắp
ghép có độ dơi với đầu nhỏ thanh truyền.
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ đầu nhỏ thanh truyền có khi lên đến
370÷ 4300K. Vì vậy thanh truyền, bạc lót đều dãn nở. Nhưng do vật liệu chế
tạo thanh truyền và bạc lót khác nhau nên mức độ dãn nở cũng khác nhau do
đó gây ra ứng suất biến dạng.
Độ dãn nở khi đầu nhỏ chịu nhiệt tính theo cơng thức sau:
Δt = (αb – αtt) td1

(2-31)

Với: αb - hệ số dãn dài của vật liệu chế tạo bạc lót, bạc lót bằng đồng:
αb= 1,8.10-5
αtt - hệ số dãn dài của vật liệu chế tạo thanh truyền, thanh truyền
bằng thép:

αtt= 1.10-5
t - nhiệt độ làm việc của bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền: t = 4300 K

d1 - đường kính ngồi bạc: d1 = 30 (mm)= 0,03 (m)
Vậy:
Δt = (1,8.10-5 – 1.10-5) 430.0,03 = 1,03.10-4 (m)

19


Ngồi ra lắp bạc lót vào đầu nhỏ thường lắp chặt, có độ dơi Δ. Khi tính
tốn thường lấy Δ bằng độ dôi lớn nhất của mối ghép. Δ = 1,2.10-4 (m)
Tổng độ dôi Δ + Δt sinh ra áp suất nén lên bề mặt lắp ghép. Nếu coi áp
suất này là hằng số và phân bố đều lên khắp mặt trụ lắp ghép thì có thể xác

định nó theo cơng thức sau:
Δ

p=

Δ

(2-32)

[

]

Trong đó:
d1 - đường kính ngồi bạc: d1 = 30 (mm)= 0,03 (m)
d2 - đường kính ngồi của đầu nhỏ thanh truyền: d2= 40(mm) = 0,04(m)
db - đường kính bệ chốt piston:
db = (1,3÷1,6)dcp = (1,3÷1,6)24 = (31,2÷38,4). Chọn db = 35(mm)

(2-33)

Ett - môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền, đối với thép:
Ett = 2,2.105 MN/m2
Eb - môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót, đối với đồng:
Eb = 1,15.105 MN/m2
μ - hệ số pốt xơng, thơng thường lấy μ = 0,3
≈ 39,6(MN/m2)

→p=
[

]

Áp suất này gây ứng suất biến dạng mặt trong và mặt ngoài:
+ Ứng suất biến dạng mặt trong của đầu nhỏ thanh truyền:
σtΔ = p

= 141,3 (MN/m2)

= 39,6

20

(2-34)


+ Ứng suất biến dạng mặt ngoài của đầu nhỏ thanh truyền:
σnΔ = p

= 101,8 (MN/m2)

=39,6

(2-35)

d) Độ biến dạng đầu nhỏ:
Do tác dụng của lực quán tính Pj nên đầu nhỏ thanh truyền sẽ bị biến
dạng khiến khe hở giữa chốt piston và bạc lót giảm, thậm chí có khi bị kẹt. Để
không bị kẹt, độ biến dạng theo hướng kính của đầu nhỏ thanh truyền δ khơng
được lớn hơn một nửa khe hở lắp ghép ban đầu giữa bạc lót và chốt piston.

Độ biến dạng được tính theo cơng thức:
δ=

(2-36)

Trong đó :
Pj - lực qn tính của nhóm piston: Pj = 32,2 (N) = 32,2.10-6 (MN)
dtb - đường kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền.
dtb = 2ρ =2.0,02 = 0,04 (m)

(2-37)

J - Momen quán tính của tiết diện dọc đầu nhỏ thanh truyền.
J=

≈ 1,7.10-11 (m4)

=

(2-38)

E - Môđun đàn hồi của vật liệu, đối với thép: E = 2,2.105 MN/m2
Vậy:
≈ 5,6.10-9 (m)

δ=

2.3.2. Tính sức bền của thân thanh truyền
Khi động cơ làm việc, thân thanh truyền chịu các lực sau đây:
- Lực khí thể.

- Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến.
- Lực quán tính chuyển động lắc của thanh truyền.
Vì vậy trạng thái chịu lực của thân thanh truyền thường là:
21


- Chịu nén và uốn dọc do hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của khối
lượng chuyển động tịnh tiến.
- Chịu kéo do tác dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
- Chịu uốn ngang do tác dụng của lực quán tính chuyển động lắc của thanh
truyền.
Tốc độ trung bình của piston được tính theo cơng thức:
(2-39)
Trong đó:
S - hành trình của piston: S =80(mm) = 0,08(m)
n - tốc độ không tải lớn nhất: n = 2800 ( vịng/ phút)
→
Vậy đây là loại động cơ có tốc độ trung bình nên tính bền thân thanh
truyền ta tính bền đối với loại thân thanh truyền tốc độ trung bình:
Tính theo tải trọng tĩnh của lực khí thể lớn nhất, bỏ qua lực quán tính
chuyển động thẳng và chuyển động lắc của thanh truyền.
a) Tính ứng suất nén

Hình 2.9. Sơ đồ tính thân thanh truyền tốc độ trung bình
22


+ Chiều dài thân thanh truyền: l

=

(2-40)

Với: R- bán kính quay trục khủy: R = 40 mm
λ - tham số kết cấu: λ = 0,0243
→l=

≈ 165 (mm)
+ Thông số của mặt cắt tiết diện thân thanh truyền:
H- bề rộng thân thanh truyền: H = 28mm

(2-41)

h = 0,668H = 0,668.28 = 18,7 (mm)

(2-42)

B = 0,75H = 0,75.28 = 21 (mm)

(2-43)

= 0,292H = 0,292.28 = 8,2 (mm)

(2-44)

Ứng suất nén và uốn dọc tại tiết diện trung bình ( Theo cơng thức
NAVE - RĂNGKIN):

σ=

(1+C

)

(2-45)

Trong đó:
Lo - chiều dài biến dạng của thân thanh truyền:
Lo = l khi uốn quanh x-x; Lo = l1 khi uốn quanh y-y
m - hệ số xét đến khớp nối của dầm khi thanh truyền chịu
m = 1 khi uốn quanh x-x; m = 4 khi uốn quanh y-y
i - bán kính quán tính của tiết diện thân thanh truyền đối với trục x-x; y-y
ix = √

(2-46)

iy = √
C - hệ số : C =

(2-47)

; σdh - Giới hạn đàn hồi của vật liệu.

(2-48)

Hay ứng suất nén khi chịu nén và uốn ở tiết diện trung bình (trục x-x và y-y):
σx =

kx

(2-49)

σy =

ky

(2-50)

23


Trong đó:
kx , ky - các hệ số : kx = ( 1 + C

) ; ky = ( 1 + C

)

(2-51)

Đối với các thanh truyền hiện nay thì kx ≈ ky ≈ 1,1÷ 1,15. Chọn kx ≈ ky ≈
1,1
Pz - lực khí thể: Pz = 0,043(MN)
Ftb - tiết diện trung bình của thanh truyền
Ftb = B.H - 2.h( ) = 0,021.0,028 - 2.0,0187.0,0082 = 2,8.10-4 (m2) (252)
Vậy:
σx ≈ σy

1,1 ≈ 169 (MN/m2)

b) Độ ổn định khi uốn dọc
Lực tới hạn khi uốn dọc đối với thanh truyền bằng thép hợp kim:
Pth = Ftb(4700 - 23 )

(2-53)

Trong đó:
Pth - lực tới hạn
Ftb - tiết diện trung bình của thanh truyền: Ftb = 2,8.10-4 (m2)
i - bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện trung bình

i=√

=√

(2-54)

=√

≈ 0,001 (m)

l - chiều dài thân thanh truyền: l = 165(mm)
Vậy: Pth = 2,8.10-4( 4700 - 23.

24

) ≈ 0,2 (MN)


Hệ số ổn định uốn dọc:

η=

=

= 4,65

(2-55)

2.3.3. Tính sức bền của đầu to thanh truyền

Hình 2.10. Tải trọng tác dụng lên đầu to thanh truyền
Thông số đầu to thanh truyền:
* Đường kính chốt khuỷu:
dck = (0,56÷0,75)D

(2-56)

Với: D - đường kính piston: D= 80 (mm) = 0,08 (m)
→ dck = (0,56÷0,75)80 = (44,8÷60). Chọn dck = 50(mm) = 0,05(m)
* Chiều dày bạc lót:
tbl = (0,03÷0,05)dck = (0,03÷0,05)50 = (1,5÷2,5)

(2-57)

Chọn tbl = 2 (mm)
* Khoảng cách tâm bu lơng:
c = (1,3÷1,75)dck = (1,3÷1,75)50 = (65÷87,5)

(2-58)

Chọn c = 80(mm)
* Chiều dài đầu to:
ldt = (0,45÷0,95)dck = (0,45÷0,95)50 = (22,5÷47,5)

(2-59)

Chọn ldt = 29(mm)
Tính tốn sức bền đầu to thanh truyền thường tính gần đúng. Vị trí tính
tốn thường ở điểm chết trên, ở vị trí này đầu to thanh truyền chịu tác dụng

25