MỤC LỤC
MỤC LỤC.....................................................................................................................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................................................................................................v
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...............................................................................................................................2
1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường tại các thành phố lớn của Việt Nam..........................................................................................................2
1.2. Hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường của động cơ tăng áp .................................................................................3
1.3. Giới thiệu về cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ đốt trong...........................................................................................................4
1.3.1. Nhóm piston........................................................................................................................................................................................4
1.3.2. Thanh truyền.......................................................................................................................................................................................5
1.3.3. Trục khuỷu...........................................................................................................................................................................................5
1.4. Giới thiệu xe Toyota Camry....................................................................................................................................................................6
1.5. Kết luận chương 1.................................................................................................................................................................................7
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN - PISTON....8
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán trục khuỷu......................................................................................................................................................8
2.1.1. Tính sức bền của cổ biên..................................................................................................................................................................10
2.1.2. Tính sức bền của má khuỷu..............................................................................................................................................................10
2.1.3. Tính sức bền của cổ trục khuỷu.........................................................................................................................................................11
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán piston............................................................................................................................................................11
2.2.1. Tính đỉnh piston..................................................................................................................................................................................11
2.2.2. Tính đầu piston..................................................................................................................................................................................14
2.2.3. Tính thân piston.................................................................................................................................................................................14
2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thanh truyền.................................................................................................................................................15
2.3.1. Tính sức bền của thân thanh truyền động cơ tốc độ cao..................................................................................................................17
2.3.2. Tính sức bền của đầu to thanh truyền..............................................................................................................................................18
2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán bánh đà................................................................................................................................................,,,.....21
2.5. Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D và phần mềm Ansys........................................................................................................................23
2.5.1. Giới thiệu Solidworks........................................................................................................................................................................23
2.5.2. Giới thiệu Ansys................................................................................................................................................................................24
2.6. Kết luận chương 2...............................................................................................................................................................................25
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU KHI TĂNG ÁP..................................................26
3.1. Giới thiệu về cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ xăng lắp trên xe Toyota Camry ...................................................................26
3.1.1. Thông tin chung về động cơ 2AR-FE lắp trên xe Toyota Camry.......................................................................................................26
3.1.2. Đặc điểm nhóm piston động cơ 2AR-FE..........................................................................................................................................26
3.1.3. Đặc điểm nhóm thanh truyền động cơ 2AR-FE................................................................................................................................28
3.1.4. Đặc điểm trục khuỷu động cơ 2AR-FE.............................................................................................................................................29
3.1.5. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu động cơ 2AR-FE............................................30
3.2. Trình tự thiết kế cơ cấu trục khuỷu - piston - thanh truyền trên phần mềm 3D và mô phỏng chuyển động........................................32
3.2.1. Mục đích............................................................................................................................................................................................32
3.2.2. Phương pháp....................................................................................................................................................................................32
3.2.3. Thiết kế 3D piston động cơ 2AR-FE.................................................................................................................................................33
3.2.4. Thiết kế 3D nhóm thanh truyền động cơ 2AR-FE.............................................................................................................................36
3.2.5. Thiết kế 3D trục khuỷu động cơ 2AR-FE..........................................................................................................................................39
3.2.6. Mô phỏng động học cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu động cơ..........................................................................................42
3.3. Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ xăng khi tăng áp ...........................................................................47
3.3.1. Xây dựng mô hình động cơ 2AR-FE khi chưa tăng áp và tăng áp...................................................................................................47
3.3.2. Khai báo lực trên trục khuỷu.............................................................................................................................................................53
3.3.3. Khai báo lực trên piston....................................................................................................................................................................56
3.3.4. Khai báo lực trên thanh truyền.........................................................................................................................................................59
3.4. Kết quả kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ xăng qua phần mềm Ansys .............................................................62
3.4.1. Kết quả kiểm nghiệm trục khuỷu......................................................................................................................................................62
3.4.2. Kết quả kiểm nghiệm piston.............................................................................................................................................................65
3.4.3. Kết quả kiểm nghiệm thanh truyền..................................................................................................................................................66
3.5. Kết luận chương 3...............................................................................................................................................................................67
KẾT LUẬN.................................................................................................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................................................................................69
MỞ ĐẦU
Với ôtô sử dụng động cơ đốt trong (xăng, dầu), để xe chạy cần có phản ứng hoá học gây nổ trong buồng đốt. Phản ứng này sẽ xảy ra khi nhiên liệu được hoà trộn với không khí ở một điều kiện thích hợp. Để gia tăng không khí vào buồng đốt giúp quá trình đốt nổ hiệu quả hơn, hệ thống tăng áp ra đời. Hệ thống sẽ có turbine nằm trên ống thoát khí thải, khi luồng khí thải đủ mạnh làm quay turbine và máy nén, tạo ra luồng không khí nóng tiếp tục đi qua bộ phận làm mát rồi vào động cơ. Khi có thêm không khí, hiệu suất đốt sẽ tăng lên.
Mục đích ban đầu của turbo là để tăng sức mạnh cho xe leo đèo dốc nhưng hiện nay công nghệ này thể hiện rõ lợi thế trên các dòng xe nhỏ. Bởi tăng hiệu suất đốt mà không tăng lượng xăng, dầu nên động cơ tăng áp được coi là lựa chọn lý tưởng để đạt cả hai mục đích là sức mạnh vận hành và bảo vệ môi trường. Ngoài ra, động cơ càng nhỏ, các mức thuế đánh càng "dễ chịu", nhờ đó mức giá dễ tiếp cận hơn. Tuy vậy, vì phải qua khâu turbine, máy nén rồi luồng khí mới đi vào xy lanh nên động cơ tăng áp thường có độ trễ từ khi đạp ga tới khi xe bắt tốc. Bên cạnh đó, việc chế tạo thêm hệ thống turbo cũng khiến việc bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn hơn, đòi hòi chất lượng vật liệu tốt hơn, chi phí do đó cao hơn động cơ không tăng áp.
Trước đây, những công nghệ tăng lượng khí vào buồng đốt như tăng áp (turbo) hay siêu nạp (supercharge) thường chỉ sử dụng cho xe thể thao, xe sang để tối ưu hoá hiệu suất vận hành thì giờ đây các dòng xe nhỏ lại tối ưu hoá công nghệ này. Thế hệ động cơ EcoBoost được đã mang lại lợi thế lớn cho các hãng xe giúp công suất động cơ tăng trong khi thể tích động cơ không đổi như động cơ 1.5 nhưng mạnh tương đương loại 2.0 và tiết kiệm nhiên liệu hơn, nhất là những xe thường xuyên đi đường trường khi đẩy được tốc độ lên cao.
Khi tăng áp cho động cơ, tải trọng tác dụng lên các cơ cấu, hệ thống đã thay đổi để động cơ làm việc bền bỉ và hiệu quả thì việc tính toán thiết kế, kiểm nghiệm các cơ cấu là rất quan trọng. Do đó, em đã lựa chọn đề tài: “Mô phỏng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ xăng và tính toán kiểm nghiệm cơ cấu khi tăng áp” làm đồ án tốt nghiệp của mình.
TP. HCM, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường tại các thành phố lớn của Việt Nam
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề nóng trên các mặt báo và nhận được rất nhiều sự quan tâm của người dân. Trong đó, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Thông qua các phương tiện truyền thông, chúng ta có thể dễ dàng thấy được các hình ảnh, cũng như các bài báo phản ánh về thực trạng môi trường hiện nay. Mặc dù các ban ngành, đoàn thể ra sức kêu gọi bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước,... nhưng có vẻ là chưa đủ để cải thiện tình trạng ô nhiễm ngày càng trở nên trầm trọng hơn
Cũng theo khảo sát về chỉ số EPI, Việt Nam nằm trong số 10 quốc gia có chỉ số chất lượng không khí thấp nhất (đứng thứ 123) và được dự đoán có thể rơi xuống vị trí thứ 125 trong tương lai gần. Đây là một thông tin đáng báo động với môi trường không khí ở nước ta hiện nay.
Vấn đề ô nhiễm không khí do hoạt động Giao thông vận tải đô thị gây ra ở nước ta xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Trước hết, đó là ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa gắn liền với quá trình công nghiệp hóa. Quá trình đô thị hóa một mặt sẽ thúc đẩy sự phát triển kinh tế, xã hội và kéo theo đó dân số đô thị sẽ không ngừng gia tăng. Hiện nay, dân số đô thị ở nước ta đang tăng nhanh và chưa có dấu hiệu được kiềm chế. Năm 2002 dân số đô thị mới chiếm 25% dân số cả nước thì đến năm 2012 dân số đô thị lên tới 34% và năm 2015 là 35,7%.
1.2. Hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường của động cơ tăng áp
Hiện nay, ô tô đã trở thành phương tiện cơ bản của con người. Đối với bất kỳ phương tiện ô tô nào, sự thoải mái của con người được coi là tiêu chí chính. Giảm độ rung, tiếng ồn và đảm bảo an toàn cho xe là những yếu tố chính được cân nhắc trong việc thiết kế động cơ ô tô. Việc giảm kích thước động cơ như một cách chính để cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xăng trong khi vẫn duy trì ưu điểm là khả năng phát thải thấp của hệ thống xúc tác ba chiều. Cách tiếp cận giảm kích thước với các ứng dụng tăng áp ngày càng hướng đến tiết kiệm nhiên liệu, nhờ các giải pháp chuyên dụng. Việc sử dụng hệ thống phun xăng điện tử kết hợp với bộ tăng áp cung cấp một số cách tăng cường khả năng chống va đập của động cơ, đặc biệt là ở tải cao và tốc độ động cơ thấp [1].
1.3. Giới thiệu về cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ đốt trong
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là một bộ phận có cơ chế phức tạp, chúng được kết hợp một cách hoàn hảo nhằm biến đổi các dạng chuyển động và là cơ cấu chiếm diện tích lớn, được xem là thành phần chính cấu tạo nên động cơ.
Cấu tạo cơ cấu thanh truyền trục khuỷu gồm 3 thành phần chính: piston, thanh truyền và trục khuỷu. Ba thành phần này hoạt động theo một quy trình định sẵn và liên quan chặt chẽ với nhau.
1.3.1. Nhóm Piston
Nhóm piston gồm có: piston, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu, vòng hãm chốt.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau đây: Tạo thành buồng cháy tốt, bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không để khí cháy lọt xuống cácte và dầu nhờn không sục lên buồng cháy.
Tiếp nhận lực khí thể Pz và truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu đưa công suất ra ngoài. Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trong quá trình thải, piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí.
1.3.3. Trục khuỷu
a. Nhiệm vụ:
Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng của động cơ, có nhiệm vụ tiếp nhận chuyển động tịnh tiến của piston qua thanh truyền thành chuyển động quay để dẫn động các bộ phận công tác như: máy bơm nước, máy phát điện, bánh xe chủ động của ô tô, máy kéo.
c. Vật liệu chế tạo :
Trục khuỷu của động cơ cao tốc thường được chế tạo bằng thép hợp kim crôm, ni ken.
Trục khuỷu của động cơ tốc độ thấp như động cơ tàu thuỷ và động cơ tĩnh tại, trục khuỷu thường được chế tạo bằng thép các bon trung bình như C35, C40, C45. Ngoài ra trục khuỷu còn có thể chế tạo bằng gang graphít cầu.
d. Cấu tạo trục khuỷu :
Có hai loại trục khuỷu: trục khuỷu liền và trục khuỷu ghép.
Trục khuỷu liền (hình 1.2) là trục khuỷu có cổ trục, cổ biên, má khuỷu được chế tạo liền thành một khối, không tháo rời được. Cấu tạo của trục khuỷu gồm các bộ phận như hình.
1.4. Giới thiệu xe Toyota Camry
Mặc dù xu hướng SUV phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhưng những dòng sedan huyền thoại vẫn có chỗ đứng vững chắc trong lòng khách hàng. Và Toyota Camry là tượng đài bất diệt khi nhắc đến khúc sedan hạng D tại thị trường ô tô Việt Nam.
Toyota Camry 2018 được ra mắt trên thế giới từ tháng 6 năm 2017 với nhiều sự thay đổi so với thế hệ trước đó như:
- Phần ngoại thất, Toyota Camry 2018 thay đổi về công nghệ đèn chiều gần từ HID sang LED, cho ánh sáng nhanh hơn. Đèn sương mù được tích hợp vào cản trước, chỗ hút gió 2 bên.
- Phần nội thất, màu ghế được chuyển từ đen sang nâu trên phiên bản 2.5Q cho cái nhìn sang trọng hơn. Đồng thời bảng taplo trên tất cả các phiên bản có thêm các đường chỉ màu để tăng phần tinh tế.
Phiên bản cao cấp nhất của dòng Toyota Camry 2018 là phiên bản 2.5Q với một số cải tiến nhỏ và giá cạnh tranh hơn so với các xe cùng phân khúc
- Kích thước DRC: 4850 x 1825 x 1470mm; chiều dài cơ sở: 2775mm; khoảng sáng gầm xe: 150mm; bán kính vòng quay tối thiểu: 5,5m; trọng lượng không tải 1490-1505kg; toàn tải: 2000kg
1.4. Kết luận chương 1
Động cơ đốt trong nói chung lắp trên các phương tiện giao thông là một trong các nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt là đối với vùng có mật độ phương tiện vận tải cao, đường giao thông hẹp và có nhiều nút giao thông (trong các thành phố, các khu công nghiệp).
Tăng áp cho động cơ là một trong những biện pháp hiệu quả nhằm tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu
Hệ thống động cơ tăng áp đang được sử dụng phổ biến trên những chiếc xe hơi ngày nay, mang lại hiệu quả về việc gia tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRỤC
KHUỶU - THANH TRUYỀN - PISTON
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán trục khuỷu
Khi tính toán sức trục khuỷu sơ đồ lực và mô men được thể hiện như trên hình 2.1.
Ký hiệu các lực trên sơ đồ như sau:
Fp: Diện tích đỉnh piston
Pr1: Lực quán tính ly tâm của má khuỷu;
C1: Lực quán tính ly tâm của cổ biên.
C2: Lực quán tính ly tâm của khối lượng quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền;
Pr2: Lực quán tính ly tâm của đối trọng;
b, h: Chiều dày và chiều rộng của má hình chữ nhật.
Ứng suất lớn nhất phát sinh trong trục khuỷu có thể xảy ra trong bốn trường hợp chịu tải trọng sau:
+ Trường hợp 1: Chịu lực PZmax khi khởi động
+ Trường hợp 2: Chịu lực Zmax khi làm việc
+ Trường hợp 3: Chiụ lực Tmax khi làm việc
+ Trường hợp 4: Chịu lực STmax
Trong thực tế vận hành của động cơ lực tác dụng trong trường hợp 1 bao giờ cũng lớn nhất nên ta chỉ tính kiểm nghiệm bền cho trường hợp khởi động.
* Trường hợp chịu lực Pzmax:
Tính toán trường hợp khởi động là tính toán gần đúng với giả thiết: khuỷu trục ở vị trí điểm chết trên (a0 = 0).
Bỏ qua lực quán tính (do số vòng quay khi khởi động nhỏ) và lực tác dụng trên khuỷu có trị số lớn nhất Pzmax (trong thực tế khi khởi động không bào giờ mở hết bướm ga (của động cơ xăng) hoặc kéo hết thanh răng (của động cơ diesel)
Nên lực tác dụng trên cổ biên thường nhỏ hơn Pzmax.
Do đó lực tác đông lên khuỷu sẽ là:
Z0 = Z = pzmax.Fp, (MN)
α = 0;T = 0; Pj = 0; Pr = 0 (2.6)
Sơ đồ tính toán trường hợp khởi động giới thiệu trên hình 2.2.
2.1.1. Tính sức bền của cổ biên
+ Đối với cổ đặc:
Wu = 0,1d3ch
+ Đối với cổ rỗng:
Wu = Π/32. (d4ch - δ4ch)/dch
Trong đó: dch và δch: Đường kính ngoài và đường kính trong của cổ biên tính theo m.
2.1.3. Tính sức bền của cổ trục khuỷu
Ứng suất uốn cổ trục khuỷu:
δu = Z'.b'/Wu
Trong thực tế, do mô men tác dụng trên cổ trục trong trường hợp này thường nhỏ hơn nhiều so với mô men uốn cổ biên nên thường không cần tính sức bền của cổ trục.
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán piston
2.2.1. Tính đỉnh piston
Đỉnh piston chịu lực rất phức tạp, trạng thái ứng suất cũng rất phức tạp, nó vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt.
Do đỉnh piston chịu tải trọng phức tạp nên việc tính toán đỉnh piston chỉ tính theo những phương pháp gần đúng, theo những giả thiết nhất định.
a. Phương pháp Back - Công thức Back xây dựng trên các giả thiết sau:
- Coi đỉnh piston như một đĩa tròn, có chiều dày đồng đều đặt tự do trên hình trụ rỗng.
- Áp suất khí thể pz tác dụng trên đỉnh piston phân bố đều. Lực khí thể Pz = px.Fp và phản lực của nó gây uốn đỉnh piston. Xét ứng suất uốn ở tiết diện x-x.
Ứng suất cho phép như sau:
- Đối với piston hợp kim nhẹ
+ Đỉnh không có gân: [su] = 20 ÷ 25 MN/m2
+ Đỉnh có gân: [su] = 25 ÷ 190 MN/m2
- Đối với piston gang:
+ Đỉnh không có gân: [su] = 40 ÷ 45 MN/m2
+ Đỉnh có gân:[su] = 90 ÷ 200 MN/m2
b. Phương pháp Orolin:
Phương pháp này coi đỉnh piston là một đĩa tròn ngàm cứng vào phần đầu piston. Giả thiết này tương đối thích ứng với các đỉnh mỏng (δ £ 0,08D không gân có làm mát và δ £ 0,2D loại không làm mát đỉnh).
Ứng suất ở tâm đỉnh nhỏ hơn ứng suất ở biên, do đó sau này chỉ cần tính ứng suất ở vùng ngàm cố định.
Ứng suất cho phép
- Đối với gang [s] = 60 MN/m2
- Đối với thép [s] = 100 MN/ m2
- Đối với hợp kim nhôm [ ] = 60 MN/m2
2.2.2. Tính đầu piston
Thường phải tính ứng suất trên tiết diện I-I. Tiết diện này thường là tiết diện bé nhất, nó cắt qua rãnh xéc măng dầu cuối cùng ở phần đầu piston. Tiết diện này chịu kéo bởi lực quán tính âm lớn nhất do khối lượng mI-I của phần piston phía trên tiết diện này sinh ra. Ngoài ra còn chịu ứng suất của lực khí thể.
Ứng suất cho phép:
- Đối với gang [sn] = 40 MN/
- Đối với nhôm [sn] =25 MN/
2.2.3. Tính thân piston
Có thể sơ bộ xác định Nmax theo công thức kinh nghiệm sau:
- Đối với động cơ Diesel:
Nmax = (0,8 ÷ 1.3).Pzmax .Fp, MN (2.29)
- Đối với động cơ xăng:
Nmax = 0,3.λ.[(16,25 – ε).Pzmax -16].D2, MN (2.30)
Trong đó:
λ = R/l
ε : Tỷ số nén;
pmax: Áp suất cực đại tính theo (at).
D: Đường kính xy lanh tính theo (cm).
Fp: Diện tích piston tính theo (cm).
Trị số cho phép của [Kth] như sau:
- Động cơ ô tô máy kéo: [ Kth ] = 0,3 ÷ 0,5 MN/m2
- Động cơ ô tô cao tốc: [ Kth ] = 0,6 ÷ 1,2MN/m2
2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thanh truyền
Khi động cơ làm việc đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực 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.
Tính toán đầu nhỏ thanh truyền thường 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 thẻ vượt quá số vòng quay ở chế độ công suất lớn nhất ne = 25 ÷ 30 tức là : nmax = (1,25 ÷ 1,30)ne
Công thức (2.31) có thể dùng để tính cả đầu nhỏ thanh truyền mỏng, nhưng do đầu nhỏ thanh truyền dày có độ cứng vững lớn, nên nếu coi lực quán tính Pj tác dụng trên đầu nhỏ, phân bố đều trên mặt trong của đầu nhỏ thì có thể dùng công thức Lame để tính.
Ứng suất cho phép:
- Đối với đầu nhỏ làm bằng thép cacbon; [σk] = 25 ¸ 30 MN/m2
- Đối với đầu nhỏ làm bằng thép hợp kim; [σk] = 30 ¸ 60 MN/m2
Phương pháp tính toán trên chỉ là tính toán sơ bộ có tính chất kiểm nghiệm sức bền của đầu nhỏ thanh truyền.
2.3.1. Tính sức bền của thân thanh truyền động cơ tốc độ cao
Khi tính toán sức bền của thanh truyền động cơ tốc độ cao (vtb > 9 m/s) phải xét đến lực quán tính chuyển động tịnh tiến, lực quán tính chuyển động quay và lực quán tính chuyển động lắc để tính sức bền mỏi của thanh truyền.
Lực tác dụng lên thân thanh truyền khi thanh truyền chịu nén và uốn dọc là:
P1 = Pz + Pj = pz.Fp – m.R.w2.(1+l).Fp (2.35)
2.3.2. Tính sức bền của đầu to thanh truyền
Tính toán sức bền đầu to thanh truyền thường tính toán gần đúng vị trí tính toán thường chọn ở ĐCT. Ở đây đầu to thanh truyền chịu tác dụng của hợp lực quán tính chuyền động tịnh tiến và lực quán tính truyền động quay không xét đến khối lượng của lắp thanh truyền:
Trong đó: mn: Khối lượng của nắp đầu to thanh truyền.
Tính sức bền của đầu to thanh truyền thường dùng công thức Kinaxotsvily với các giả thiết sau đây.
Khi lắp căng bạc lót vào đầu to thì bạc lót và đầu to đều biến dạng như nhau. Do đó mômen tác dụng trên bạc lót và đầu to tỷ lệ với môn men quán tính của tiết diện bạc lót Jb và của tiết diện nắp đầu to Jd.
Nắp đầu to và bạc lót được coi như một thanh cong có tiết diện không đổi (lấy bằng tổng tiết diện A-A của nắp đầu to và bạc) ngàm một đầu ở B-B.
Bán kính cong của thanh lấy bằng nửa khoảng cách giữa hai đường tâm bulong thanh truyền (c/2).
Lực quán tính phân bố trên đầu to theo quy luật Cosin:
p’ = p.cosβ (2.44)
Ứng suất cho phép như sau:
- Đối với động cơ tĩnh tại và tàu thủy, đầu to thanh truyền làm bằng thép cacbon.
[σΣ] = 60 ÷ 100 MN/m2 (600 ÷ 1000 kG/cm2)
- Đối với động cơ ô tô máy kéo và tàu thủy cao tốc, đầu to thanh truyền làm bằng thép hợp kim hay thép cacbon.
[σΣ] = 150 ÷ 200 MN/m2 (1500 ÷ 2000 kG/cm2)
- Đối với động cơ cường hóa công suất cao, đầu to thanh truyền làm bằng thép hợp kim;
[σΣ] = 200 ÷ 300 MN/m2 (2000 ÷ 3000 kG/cm2)
2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán bánh đà
Số liệu thiết kế đã có:
+ Vật liệu làm bánh đà là gang có tỷ trọng: ρ
+ Công suất lớn nhất trên trục dẫn bánh đà (trục khuỷu): P
+ Số vòng quay trục khuỷu: n
+ Biến thiên tốc độ cho phép: n1-n2=3% n
+ Ứng suất kéo lớn nhất cho phép trên vành bánh đà:
σk = 5 MPa= 5.106 N/m2
Công thực hiện trong 1 chu kỳ bằng tích của mô men xoắn trung bình nhân với góc quay của trục khuỷu trong 1 chu kỳ:
Công thực hiện/chu kỳ = Ttb .θ = Ttb .4π (2.53)
Mô men xoắn của động cơ sinh ra phải bằng momen xoắn cản trung bình của tải trọng tạo ra. Tức là:
Công sinh ra do động cơ = công cản do tải trọng gây ra (2.55)
Từ hình 2.8, ta thấy:
BG = BF-FG =Tmax-Ttb = Tcản (Nm) (2.58)
Ta đã biết: Sự thay đổi năng lượng xung quanh đường momen xoắn cản trung bình gọi là sự biến thiên năng lượng. Và biến thiên năng lượng được xác định bởi sơ đồ momen quay trên một chu kỳ công tác.
2.5. Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D và phần mềm Ansys
2.5.1. Giới thiệu Solidworks
Công ty SolidWorks được thành lập vào tháng 12 năm 1993 bởi Hirschtick, tốt nghiệp trường MIT nổi tiếng- Massachusetts Institute of Technology; Hirschtick sử dụng 1 triệu đô mà anh ta gây dựng được khi là thành viên MIT Blackjack Team để thành lập công ty. Trụ sở ban đầu ở Waltham, Massachusetts, USA, Hirschtick tuyển dụng một nhóm kỹ sư nhằm tạo một phần mềm 3D CAD dễ sử dụng, giá cả phải chăng, và có thể tùy biến trên Windows desktop. Sau này đổi địa chỉ là Concord, Massachusetts, SolidWorks đã phát hành phiên bản đầu tiên SolidWorks 95, năm 1995. Năm 1997 Dassault, Công ty nổi tiếng nhất với phần mềm SolidWorks, đã mua lại SolidWorks với 310 triệu đô la cổ phiếu.
SolidWorks hiện tại có một số phiên bản như SolidWorks CAD, eDrawings một công cụ hỗ trợ, và DraftSight, một sản phẩm 2D CAD.
2.5.2. Giới thiệu Ansys
Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thuỷ khí, các bài toán động, bài toán tường minh và không tường minh, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý. Ansys là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học. Trong tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm Ansys có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ mòn, mỏi và phá huỷ của chi tiết.
Ansys là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế. Hầu hết các nhà đầu tư rất thích phần mềm phân tích kỹ thuật này so với những gì chúng làm được và số tiền họ phải bỏ ra.
Hầu hết các mô phỏng trong Ansys được thực hiện bằng phần mềm Ansys Workbench, là một trong những sản phẩm chính của công ty. Thông thường, người dùng Ansys phá vỡ các cấu trúc lớn hơn thành các thành phần nhỏ được mô phỏng và thử nghiệm riêng lẻ. Người dùng có thể bắt đầu bằng cách xác định kích thước của đối tượng, và sau đó thêm trọng lượng, áp suất, nhiệt độ và các đặc tính vật lý khác. Cuối cùng, phần mềm Ansys mô phỏng và phân tích chuyển động, sự mỏi, tiêu chuẩn phá hủy, lưu lượng chất lỏng, phân bố nhiệt độ, hiệu quả điện từ và các hiệu ứng khác theo thời gian. Ansys cũng phát triển phần mềm để quản lý và sao lưu dữ liệu, nghiên cứu và giảng dạy học thuật. Phần mềm này được bán trên cơ sở thuê bao hàng năm.
2.6. Kết luận chương 2
Để phụ trợ cho học tập và làm việc chuyên nghiệp thì máy tính đã là một công cụ không thể thiếu. Lập trình là tạo ra công cụ để các nhà khoa học thực hiện các tính toán khoa học; cho tất cả các ngành nghề khác thực hiện các thống kê, kế toán,… Không có ngành công nghiệp nào mà hoàn toàn không cần sự giúp đỡ của máy tính, việc này dẫn đến cuộc cách mạng tính toán đã trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình phát triển của các ngành nghề. Kỹ thuật cơ khí cũng không phải là ngoại lệ, các công cụ được phát triển bởi tập đoàn Ansys đã cung cấp các phần mềm để các kỹ sư tận dụng sức mạnh tính toán của máy tính hiện đại mà không phải sử dụng sức người để tăng tốc thiết kế, giảm chi phí thiết kế, mô hình hóa 3D,…
Là giải pháp xây dựng mô hình 3D dựa trên tham số, Solidworks đã trở thành một giải pháp nền tảng quan trọng trong các ngành thiết kế công nghiệp và chế tạo. Solidworks là một phần mềm thiết kế 3D mạnh mẽ với giao diện thân thiện người sử dụng. Kết hợp với những ad-in các module: Cosmos, SolidCam… giúp Solidworks ngày càng hoàn thiện hơn và là sự lựa chọn của nhiều Công ty trên toàn thế giới. Thấy được tầm quan trọng của phần mềm SolidWorks đối với nền cơ khí Việt Nam đặc biệt là ngành công nghiệp phụ trợ.
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU KHI TĂNG ÁP
3.1. Giới thiệu về cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ xăng lắp trên xe Toyota Camry
3.1.1. Thông tin chung về động cơ 2AR-FE lắp trên xe Toyota Camry
Động cơ 2AR-FE là động cơ DOHC 16 van, 4 xi lanh thẳng hàng, dung tích 2,5 lít. Động cơ này sử dụng hệ thống Dual VVT-i (Biến thiên thời điểm đóng mở van thông minh), DIS (Hệ thống đánh lửa trực tiếp), ACIS (Hệ thống điều khiển chiều dài đường ống nạp) và ETCS-i (Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh). Động cơ được phát triển để đạt hiệu suất cao, êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch.
3.1.3. Đặc điểm nhóm thanh truyền động cơ 2AR-FE
Đầu nhỏ thanh truyền được lắp tự do với chốt piston, được bôi trơn bằng đường dầu dẫn từ đầu to thanh truyền.
Thân thanh truyền nối đầu to và đầu nhỏ thanh truyền, tiết diện thân thanh truyền động cơ 2AR-FE hình chữ I. Do tính hợp lý của việc sử dụng vật liệu nên thiết kế có tinh cứng vững cao và có khối lượng nhẹ. Thân thanh truyền to dần từ đầu nhỏ đến đầu to thanh truyền để phù hợp với quy luật phân bố lực
3.1.4. Đặc điểm trục khuỷu động cơ 2AR-FE
Trục khuỷu động cơ 2AR-FE là loại trục khuỷu liền gồm có các bộ phận sau: đầu trục; 8 má khuỷu; 8 đối trọng; 4 cổ khuỷu và đuôi trục.
Trên đầu trục khuỷu có then để lắp puly dẫn động quạt gió, máy phát điện bơm nước của hệ thống làm mát và lắp bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam và các cơ cấu khác. Ngoài ra, đầu trục khuỷu còn có cơ cấu hạn chế di chuyển dọc trục và tấm chặn để không cho dầu nhờn lọt ra khỏi đầu trục.
Trên trục khuỷu động cơ 2AR-FE sử dụng bánh răng bị động bằng nhựa kết nối với cụm trục cân bằng làm giảm tiếng ồn động cơ
Má khuỷu của động cơ 2AR-FE có hình ô van, là loại má sử dụng vật liệu hợp lý nên phân bố ứng suất đồng đều nhất.
3.2. Trình tự thiết kế cơ cấu trục khuỷu - piston - thanh truyền trên phần mềm 3D và mô phỏng chuyển động
Sơ đồ quy trình thiết kế và mô phỏng:
3.2.1. Mục đích
Ta sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế và mô phỏng cơ cấu piston -thanh truyền - trục khuỷu động cơ 2AR-FE với các mục đích:
- Dựng mô hình 3D về các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston bằng các thông số đã có và đã tính toán được.
- Thể hiện quá trình lắp ráp cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston trong môi trường Assembly của Solidworks.
- Thể hiện nguyên lý hoạt động của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston nhờ vào công cụ mô phỏng của Solidworks.
3.2.2. Phương pháp
Để thiết kế và mô phỏng 3D cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu động cơ 2AR-FE ta dùng các phương pháp:
- Từ những thông số đã có, ta bắt đầu bằng những đường cơ sở khác nhau từ môi trường Sketch 2D cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D để sử dụng những công cụ sẵn có thiết lập lên mô hình 3D.
- Ta sử dụng các công cụ có sẵn của chức năng Motion, ta tiến hành mô phỏng quá trình hoạt động của cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu.
3.2.3. Thiết kế 3D piston động cơ 2AR-FE
- Bước 1: Sử dụng công cụ để tạo khối ban đầu cho piston.
- Bước 3: Tạo lỗ chốt piston bằng công cụ Extruded Boss/Base và Mirror.
- Bước 5: Dùng Fillet để bo các cạnh của piston và sử dụng Extruded Cut để tạo các rãnh xupap.
3.2.5. Thiết kế 3D trục khuỷu động cơ 2AR-FE
Dựa vào số liệu đo được từ trục khuỷu động cơ 2AR-FE ta tiến hành vẽ trục khuỷu trong môi trường Part Design
- Bước 1: Vẽ đầu trục khuỷu
Tạo sketch trong mặt phẳng Front, sử dụng lệnh Extruded Boss/Base để đùn khối theo thuộc tính Dimension như hình và nhập chiều cao.
- Bước 3: Vẽ má khuỷu và đối trọng
Tạo sketch trong mặt phẳng Right, sử dụng lệnh Extruded Boss/Base để đùn khối theo thuộc tính Dimension như hình và nhập chiều cao.
- Bước 5: Tạo mặt phẳng ở giữa chốt khuỷu. Sau đó, sử dụng lệnh Mirror Entities để tạo má khuỷu đối xứng.
- Bước 6: Tạo cổ khuỷu thứ hai và cụm chốt khuỷu - má khuỷu thứ 2
Sử dụng lệnh Mirror Entities để tạo cổ khuỷu thứ 2 và cụm chốt khuỷu - má khuỷu thứ 2. Sau đó xoay cụm chốt khuỷu - má khuỷu thứ 2 một góc 180 độ.
- Bước 8: Hoàn thành hình dạng trục khuỷu động cơ 2AR-FE
3.2.6. Mô phỏng động học cơ cấu piston-thanh truyền-trục khuỷu động cơ
Để hiểu rõ hơn về quá trình hoạt động, thứ tự làm việc của cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu trong động cơ thì chúng ta tiến hành lắp ráp và mô phỏng cơ cấu trong môi trường Assembly Design và Digital Mockup.
a. Lắp ráp cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu động cơ 2AR-FE trong Solidworks
Trong môi trường Assembly cung cấp những công cụ để ràng buộc các đối tượng trong cơ cấu như:
+ Insert component: Nhập File Part Design chứa đối tượng cần lắp vào môi trường Assembly Design.
+ Mate: Thực hiện ràng buộc.
Tiến hành lắp ráp các chi tiết trong cơ cấu từ môi trường Part Design bằng cách chọn Assembly Design để vào môi trường lắp ráp, ràng buộc. Tiến hành lắp ráp các đối tượng trong cơ cấu bằng các bước sau:
- Bước 1: Nhập các đối tượng vào môi trường Assembly Design bằng cách chọn Insert Component .
- Bước 3: Ràng buộc thanh truyền - piston và trục khuỷu bằng công cụ Mate.
b. Mô phỏng quá trình hoạt động của cơ cấu trong môi trường Motion Study
Sau khi hoàn thành quá trình lắp ráp cơ cấu từ môi trường Assembly Design tiến hành mô phỏng quá trình hoạt động của cơ cấu trong môi trường Motion Study.
Trong môi trường Motion Study cung cấp cho người thiết kế những công cụ có chức năng nhiệm vụ riêng nhằm ràng buộc những chuyển động theo quy luật của cơ cấu.
Đối với cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu để tiến hành mô phỏng quá trình hoạt động chúng ta tiến hành xác định các chuyển động tương đối của các chi tiết trong cơ cấu như:
+ Đầu to thanh truyền với chốt khuỷu bằng công cụ Revolute Joint.
+ Đầu nhỏ thanh truyền với chốt piston, chốt piston với piston, piston với xy lanh bằng công cụ Cylindrical Joint.
+ Cố định thân máy bằng công cụ Fixed Part.
+ Dùng Simulation để tạo chuyển động cho cơ cấu.
Ứng với mỗi góc quay của trục khuỷu ta có các vị trí của piston trong xy lanh như sau:
- Ứng với góc quay trục khuỷu từ 0o-180o thì ở xy lanh thứ nhất ở kỳ nạp, xy lanh thứ hai ở kỳ nén, xy lanh thứ ba ở kỳ xả, xy lanh thứ tư ở kỳ nổ.
- Ứng với góc quay trục khuỷu từ 360o-540o thỉ ở xy lanh thứ nhất ở kỳ nổ, xy lanh thứ hai ở kỳ xả, xy lanh thứ ba ở kỳ nén và xy lanh thứ tư ở kỳ nạp.
3.3. Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ xăng khi tăng áp
3.3.1. Xây dựng mô hình động cơ 2AR-FE khi chưa tăng áp và tăng áp
a. Thiết lập mô hình động cơ 2AR-FE trên AVL-Boost
Việc tính toán mô phỏng các thông số của động cơ trên phần mềm AVL - Boost được thực hiện trên mô hình mô phỏng động cơ được thành lập trên phần mềm này. Do đó, bài toán mô phỏng sẽ trải qua các bước sau:
- Thiết lập mô hình: gồm việc định nghĩa các phần tử rồi kết nối chúng với nhau;
- Lựa chọn thuật toán và nhập các dữ liệu điều kiện biên và điều kiện đầu liên quan vào mô hình mô phỏng;
- Chạy mô hình mô phỏng và trích xuất ra kết quả.
Như vậy, để tính toán mô phỏng các thông số đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ 2AR-FE khi sử dụng nhiên liệu xăng, cần phải thiết lập các mô hình mô phỏng động cơ này trên phần mềm AVL - Boost tương ứng mô hình để mô phỏng động cơ phun xăng vào cửa nạp.
b. Nhập dữ liệu cho mô hình
Đồ thị Hình 3.35 cho thấy kết quả tính toán mô phỏng công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở đường đặc tính ngoài với số liệu catalogue của hãng. Đồ thị cho thấy sự sai lệch lớn nhất giữa công suất tính toán và số liệu đo là 4,7% tại tốc độ 4000v/p và sai lệch trung bình 3,5% trên toàn dải tốc độ của động cơ. Suất tiêu thụ nhiên liệu mô phỏng có sai lệch lớn nhất 5,3% so với nhà sản xuất và sai lệch trung bình 3,26% trên toàn dải tốc độ.
Do đó, các mô hình động cơ trên Hình 3.36 cho phép sử dụng để tính toán mô phỏng các thông số làm việc của động cơ và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ 2AR-FE khi sử dụng tăng áp. Mô hình động cơ 2AR-FE khi tăng áp được thể hiện trên hình 3.36.
* Thể hiện lực trên cổ trục trên 4 trường hợp xảy ra:
- Trường hợp 1: Tốc độ động cơ 4200 v/p ta có bảng số liệu trên từng máy theo thứ tự nổ
- Trường hợp 3: Tốc độ động cơ 6000 v/p ta có bảng số liệu trên từng máy theo thứ tự nổ
- Trường hợp 4: Tốc độ động cơ 6000 v/p sau khi tăng áp ta có bảng số liệu trên từng máy theo thứ tự nổ
Nhận xét: Trong các trường hợp trên với cùng tốc độ động cơ. Sau khi tăng áp, ta thấy giá trị lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z tăng lên rõ rệt. Do khi tăng áp, lượng khí nạp vào xi lanh nhiều hơn từ đó tạo ra công suất lớn hơn dẫn đến lực tác dụng lên trục khuỷu tăng lên đặc biệt là lực pháp tuyến Z. Từ đó, ta có thể dự đoán được ở kì nổ của mỗi máy, ứng suất tại vị trí kết nối giữa má khuỷu và cổ khuỷu, má khuỷu và chốt khuỷu của trường hợp tăng áp sẽ lớn hơn ứng suất ở trường hợp chưa tăng áp.
3.3.2. Khai báo lực trên trục khuỷu
- Bước 1: Mở môi trường Transient Structural
- Bước 3: Chia lưới mô hình 3D
- Bước 4: Khai báo điều kiện các cổ trục và chốt khuỷu (lực ma sát, tốc độ quay và cố định các cổ trục)
- Bước 6: Xuất kết quả và đồ thị.
3.3.4. Khai báo lực trên thanh truyền
- Bước 1: Mở môi trường Transient Structural.
- Bước 3: Chia lưới mô hình 3D (chia ở dạng Automatic).
- Bước 5: Khai báo cố định và lực ma sát tác dụng lên piston.
- Bước 6: Xuất kết quả và xuất các biểu đồ
3.4. Kết quả kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ xăng qua phần mềm Ansys
3.4.1. Kết quả kiểm nghiệm trục khuỷu
- Trường hợp 1: Tốc độ động cơ 4200 vg/ph.
- Trường hợp 3: Tốc độ động cơ 6000 v/p
- Trường hợp 4: Tốc độ động cơ 6000 v/p sau khi tăng áp.
Nhận xét: Sự phân bố ứng suất diễn ra trên trục khuỷu ở các tốc độ động cơ sau khi thay đổi đều tăng lên được thể hiện qua bảng 3.10. Các vùng ứng suất lớn nhất chủ yếu xuất hiện tại nơi tiếp xúc giữa má khuỷu và chốt khuỷu, giữa má khuỷu và cổ khuỷu. Tuy nhiên, các giá trị ứng suất tính toán vẫn nằm trong giới hạn ứng suất cho phép của thép hợp kim.
Trong trường hợp trên đều cho thấy ứng suất hiệu dụng tại những gối khuỷu khác nhau cho mỗi trường hợp tính là khác nhau, ta có thể phân biệt được nhờ vào thanh màu thể hiên ứng suất, tại vị trí có đánh dấu “Max” là nơi có ứng suất lớn nhất và cũng là nơi nguy hiểm nhất của trục khuỷu.
3.4.2. Kết quả kiểm nghiệm piston
Nhận xét: Sự phân bố ứng suất diễn ra trên piston ở các tốc độ động cơ sau khi thay đổi từ 49,8 Pa đến 3,5677.106 Pa được thể hiện qua bảng 3.11. Các vùng ứng suất lớn nhất chủ yếu xuất hiện tại đỉnh piston, và các rãnh xéc măng. Tại vị trí đỉnh piston có sự phân bố ứng suất từ 5,059.105 Pa đến 2,5578.106Pa.
3.4.3. Kết quả kiểm nghiệm thanh truyền
Nhận xét: Kết quả ứng suất tính toán Max là 2,986.106 Pa nằm trong giới hạn cho phép của thép hợp kim. Vùng ứng suất nguy hiểm tập trung chủ yếu tại các đầu của thanh truyền. Vị trí kết nối giữa đầu thanh truyền và thân thanh truyền là vị trí ứng suất cao nhất dễ bị phá hủy nhất, có giá trị bằng 2,6879.106 Pa. Để khắc phục sự nguy hiểm tại vị trí này ta cần tăng độ cứng của đầu thanh truyền và phần tiếp xúc với thân thanh truyền bằng cách tăng kích thước hoặc tôi cứng hoặc mạ Crom tại vị trí trên.
3.5. Kết luận chương 3
Quá trình thiết kế, kiểm nghiệm và khai báo các tác động lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - pison đã cho ra các giá trị ứng suất biểu hiện qua các hình vẽ trên. Những vùng ứng suất nguy hiểm có khả năng gây phá hủy chi tiết được thể hiện rõ ràng qua hình ảnh và số liệu. Từ đó cho thấy hai phần mềm Solidwords và Ansys là những công cụ hỗ trợ rất hữu ích trong quá trình thực hiện đề tài này, cũng như trong công việc nghiên cứu phát triển linh kiện, sản phẩm cơ khí. Nó mang lại cho người thiết kế cách nhìn tổng quan và khả năng thiết kế chính xác các chi tiết và đồng thời kiểm tra bền chi tiết, bớt đi công đoạn thiết kế và chạy thử trước khi sản xuất. Tiết kiệm thời gian và công sức cho người thiết kế.
Qua chương 3, ta có thể lập Quy trình tự động hóa trong kiểm nghiệm cơ cấu cho tất cả các động cơ như sau:
- Bước 1: Dựng 3D các chi tiết trục khuỷu - thanh truyền - piston bằng phần mềm Solidworks với các thông số từ nhà sản xuất và các thông số tính toán.
- Bước 2: Tạo mô hình động cơ bằng phần mềm AVL - Boost
+ Lựa chọn các phần từ rồi kết nối chúng với nhau.
+ Nhập các điều kiện biên và thông số đầu vào cho mô hình động cơ.
+ Chạy mô hình và xuất kết quả cho từng chi tiết.
- Bước 3: Từ mô hình 3D đã xây dựng bằng phần mềm Solidworks, lưu file với đuôi “IGS” sau đó “Import” vào môi trường Design Modeler trong Asys Mechanical. Sau khi nhập mô hình vào phần mềm Asys Mechanical, ta tiến hành các bước sau:
+ Chia lưới mô hình 3D (có thể chia lưới ở chế độ Automatic)
+ Nhập các lực tác dụng lên chi tiết (lực ma sát, lực khí thể, lực pháp tuyến, lực tiếp tuyến,...)
- Bước 3: Lựa chọn chế độ tính toán như: Total Deformation (Tổng biến dạng), Equivalent Stress (Ứng suất tương đương), Shear Stress (Ứng suất cắt),... Sau đó chọn “Solve” để chạy chương trình.
KẾT LUẬN
Qua phần trình bày mô phỏng và tính toán cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ở trên ta nhận thấy tầm quan trọng của việc ứng dụng các phần mềm trong thiết kế. Nó mang lại cho người thiết kế cách nhìn tổng quan và khả năng thiết kế chính xác các chi tiết và đồng thời kiểm tra bền chi tiết trên phần mềm Ansys giúp giảm bớt đi công đoạn thiết kế và chạy thử trước khi sản xuất. Tiết kiệm thời gian và công sức cho người thiết kế.
Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu kết cấu của nhóm khuỷu trục thanh truyền và phần mềm Solidworks. Trong đó phần tìm hiểu kết cấu nhóm trục khuỷu em nêu ra đặc điểm kết cấu của từng nhóm piston, trục khuỷu, thanh truyền. Tính toán bền cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ 2AR-FE. Về phần mềm Ansys, em đi sâu tìm hiểu tính năng của phần mềm và các ứng dụng của nó tạo điều kiện thiết kế và tính toán cho cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ 2AR-FE.
Thông qua đồ án tốt nghiệp giúp em hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, tính năng trợ giúp thiết kế của phần mềm Solidworks. Do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, nhất là phần tìm hiểu về Ansys để mô phỏng kiểm nghiệm cơ cấu. Em phải tự đọc tài liệu để nghiên cứu các chức năng và thiết kế chi tiết trong Ansys, tài liệu tham khảo còn hạn chế và chưa cập nhật đủ thông tin cần thiết nên đề tài vẫn còn hạn chế về mặt trình bày trong phương pháp mô phỏng, kiểm nghiệm. Qua đó nhận thấy bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của người kỹ sư trong thời đại “công nghệ ứng dụng” hiện nay.
Cũng qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu để thực hiện đề tài cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình từ thầy giáo hướng dẫn đã có những định hướng cho em tiếp thu thêm một lượng kiến thức không nhỏ, nó giúp ích cho bản thân người thực hiện đề tài sau này khi ra trường tự tin hơn. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong khoa cơ khí đã giúp đỡ em tận tình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đinh Xuân Thành (2012), “Nghiên cứu giảm khí thải độc hại cho động cơ diesel tăng áp lắp trên xe buýt”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[2]. Donghee Han, Seung K. Han, Bong H. Han and Woo T. Kim, “Development of 2.0L Turbocharged DISI Engine for Downsizing Application”, SAE paper No. 2007-01-0259.
[3]. William P. Attard, Steven Konidaris, Elisa Toulson and Harry C. Watson, “The Feasibility of Downsizing a 1.25 Liter Normally Aspirated Engine to a 0.43 Liter Highly Turbocharged Engine”, SAE paper No. 2007-24-0083.
[4]. Grant Lumsden, Dave OudeNijeweme, Neil Fraser and Hugh Blaxill, “Development of a Turbocharged Direct Injection Downsizing Demonstrator Engine”, SAE paper No. 2009-01-1503.
[5]. Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn (2004), “Tăng áp Động cơ đốt trong”, NXB KH&KT Hà Nội.
[6]. Nguyễn Tất Tiến (2000), “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong”, Hà Nội: NXB Giáo dục.
[7]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến (1979), “Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong I, II”, Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp.
[8]. Các tài liệu trên Internet.
[9]. https://gianhang.gianhangvn.com/toyota-camry-2-5q-2018-942430.html
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"