MỤC LỤC
MỤC LỤC..1
LỜI NÓI ĐẦU.. 2
1.TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ . 6
1.1.TỔNG QUAN. 6
1.2.THỊ TRƯỜNG VÀ CÁC LĨNH VỰC ÁP DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI. 7
1.2.1. Các nhà cung cấp động cơ trên thị trường Việt Nam. 8
1.2.2.Thị trường tiêu thụ động cơ. 12
1.2.3.Năng lực của các nhà chế tạo Việt Nam:. 13
1.2.4.Các lĩnh vực áp dụng. 14
2. CHỌN MẪU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ. 15
2.1. CÔNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ. 16
2.2. CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ. 16
2.3. SỐ VÒNG QUAY CỦA ĐỘNG CƠ. 16
2.4. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ CẦN THIẾT KÊ: 16
2.5. CÁC LOẠI MẪU ĐỘNG CƠ.. 17
2.5.1. Mẫu 1. 17
2.5.2.Mẫu 2. 18
2.5.3.Mẫu3. 19
2.5.4.Mẫu 4. 19
2.5.5.Mẫu 5. 20
2.6. ĐÁNH GIÁ CHUNG ĐƯA RA MẪU THIẾT KẾ.. 21
2.6.1. Đánh giá chung. 21
2.6.2. Chọn mẫu thiết kế:. 22
3. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ.. 22
3.1.THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐỘNG CƠ.. 22
3.1.2. Chọn thông số kết cấu cho động cơ cần thiết kế. 23
3.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CỦA ĐỘNG CƠ.. 23
3.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC CỦA ĐỘNG CƠ.. 24
3.4. TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ. 25
3.4.1. Thông số động cơ. 25
3.4.2. Thông số chọn của động cơ. 25
3.4.3. Thông số tính toán. 26
4.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC.. 37
4.1. ĐỘNG HỌC.. 37
4.1.1. Giải x bằng phương pháp dùng đồ thị Brich. 37
4.1.2. Giải tốc độ v bằng phương pháp đồ thị. 38
4.1.3. Giải gia tốc j bằng đồ thị Tôlê. 39
4.2. ĐỘNG LỰC HỌC.. 40
4.2.1. Xác định lực quán tính vận động thẳng:. 41
4.2.2. Khai triển các đồ thị:. 42
4.2.3. Lực tác dụng lên chốt khuỷu:. 43
4.2.4. Độ không đồng đều của momen động cơ. 47
4.2.5. Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. 48
4.2.6. Triển khai đồ thị phụ tải ở toạ độ cực thành Q - a:. 49
4.2.7. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. 51
4.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu. 53
5. THIẾT KẾ CƠ CẤU KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN. 54
5.1. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC KHUỶU: 54
5.1.1. Đầu trục khuỷu. 54
5.1.2. Cổ trục khuỷu. 55
5.1.3 .Chốt khuỷu. 56
5.1.4. Má khuỷu. 56
5.1.5. Đối trọng. 57
5.1.6. Đuôi trục khuỷu. 58
5.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC BỀN TRỤC KHUỶU THEO CÁCH PHÂN ĐOẠN.. 59
5.2.1. Trường hợp khởi động:. 61
5.2.2. Trường hợp khuỷu trục chịu lực Zmax:. 62
5.2.3. Trường hợp khuỷu trục chịu lực tiếp tuyến Tmax:. 65
5.2.4. Trường hợp khuỷu trục chịu lực åTMax (hoặc åMMax):. 70
5.3. BÁNH ĐÀ.. 75
5.3.1. Công dụng của bánh đà. 75
5.3.2. Tính sức bền và xác định kích thước của bánh đà. 75
5.4. NHÓM THANH TRUYỀN.. 78
5.4.1. Đầu nhỏ thanh truyền:. 79
5.4.2.Tính thân thanh truyền:. 84
5.4.3.Tính đầu to thanh truyền:. 89
6. THÂN MÁY, NẮP XYLANH.. 91
6.1. THÂN MÁY: 92
6.2. NẮP XYLANH.. 93
6.3. TÍNH SỨC BỀN CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG NHÓM THÂN MÁY, NẮP XYLANH. 94
6.3.1. Tính ứng suất bền của lót xylanh:. 94
6.3.2. Tính bền vai lót xylanh:. 95
6.3.3. Ứng suất uốn thành lót xylanh do lực ngang N gây ra:. 97
6.3.4. Độ biến dạng (độ võng) khi ống lót chịu uốn:. 98
6.3.5. Tính sức bền của gujông chịu lực:. 98
6.3.6. Tính sức bền nắp xylanh:. 103
7. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. 105
7.1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THÔNG NHIÊN LIỆU. 105
7.1.1. Bơm cao áp:. 106
7.1.2. Vòi phun:. 108
7.1.3. Lọc nhiên liệu:. 110
7.1.4. Ống nhiên liệu:. 110
7.2. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. 110
7.2.1. Thể tích thùng chứa:. 110
7.2.2. Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ trong một chu trình ở chế độ thiết kế: 111
7.2.3. Lượng nhiên liệu cung cấp theo lý thuyết:. 111
7.2.4. Thể tích toàn bộ của bơm:. 112
7.2.5. Đường kính piston bơm cao áp:. 112
7.2.6. Hành trình có ích của piston bơm cao áp:. 113
7.2.7. Tính tiết diện lưu thông khi van nâng lên một đoạn h:. 113
7.2.8. Tính toán kim phun:. 114
8. ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ. 118
8.1. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XUPAP VÀ DẪN ĐỘNG XUPAP. 118
8.1.1. Phương án bố trí xupap đặt. 118
8.1.2. Phương án bố trí xupap treo. 119
8.1.3. Số xupap. 120
8.1.4. Dẫn động xupap. 120
8.2. PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG TRỤC CAM. 122
8.3. KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT TRONG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ. 123
8.3.1. Xupap. 123
8.3.2. Đế xupap:. 127
8.3.3. Ống dẫn hướng xupap. 127
8.3.4. Lò xo xupap. 130
8.3.5. Trục cam... 132
8.3.6. Con đội 137
8.3.7. Đũa đẩy và đòn bẩy. 141
8.4. ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ. 142
8.4.1. Phương án bố trí xupap và trục cam... 142
8.4.2. Phương án dẫn động trục cam... 142
8.4.3. Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí. 143
8.5. Tính toán CƠ CẤU phân phối khí 145
8.5.1. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí 145
8.5.2. Chọn biên dạng cam. 150
8.5.3. Dạng cam lồi và động học con đội. 151
8.5.4. Tính kiểm nghiệm bền lò xo xupap. 159
8.5.5. Tính toán lò xo xupap. 162
8.5.6. Tính kiểm nghiệm sức bền trục cam. 169
8.5.7. Tính sức bền con đội hình nấm . 173
8.5.8. Tính sức bền của đũa đẩy. 173
8.5.9. Tính sức bền của đòn bẫy:. 174
8.3.10. Tính sức bền xupap:. 175
9. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PISTON. 176
9.1. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG. 176
9.1.1. Điều kiện làm việc. 176
9.1.2. Vật liệu chế tạo piston. 176
9.1.3. Kết cấu của piston. 177
9.2. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG. 177
9.2.1.Phân tích chọn chuẩn và thứ tự các nguyên công. 178
9.2.2. Mô tả các nguyên công. 178
9.2.3. Xác định chế độ cắt cho các nguyên công. 181
LỜI NÓI ĐẦU
Nghành Cơ Khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đáp ứng những nhu cầu cần thiết trong các lĩnh vực như: Giao thông vận tải, xây dựng, chế biến, khai thác, phục vụ nông- lâm - ngư nghiệp... Để đáp ứng được những nhu cầu đó em đã tìm hiểu và đi đến “ Thiết Kế Động Cơ Diesel Cỡ Nhỏ Làm Mát Bằng Gió”.
Với kiến thức sau nhiều năm học trong nhà trường và trong quá trình tiếp xúc với thực tê. Em đã hoàn thành công việc “ Thiết Kế Động Cơ Diesel Cỡ Nhỏ Làm Mát Bằng Gió ” sau thời gian hơn ba tháng.
Trong quá trình thiết kế nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy ………. cùng các thầy cô trong bộ môn, đã tạo niềm tin và kiến thức cho em hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định.
Cuối cùng em xin chân thành cám ơn thầy …………., các thầy cô trong bộ môn và các bạn đã giúp đỡ em.
…….. ngày…/…./20…..
Sinh viên thực hiện
………..………
1.TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ .
1.1.TỔNG QUAN.
Kể từ khi ra đời động cơ nói chung, hay động cơ Diesel nói riêng, đã đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay,...Tính phổ biến của nó không chỉ ở một quốc gia hay một châu lục nào mà trên phạm vi toàn thế giới. Hiện nay sản lượng hàng năm ước tính khoảng 40 triệu chiếc, với giải công suất từ 0.1 cho đến 70000 [KW].
Thế kỷ 20 với sự phát triển rầm rộ của ngành công nghiệp ôtô và đượccoi là ngành công nghiệp khổng lồ với sản lượng hằng năm đạt 600 tỷ USD đã kéo theo sự phát triển của ngành công nghiệp động cơ. Sự tụt giảm kinh tế trong những năm gần đây càng làm cho sự cạnh tranh trong lĩnh vực ôtô thêm phần quyết liệt. Các nhà sản xuất không chỉ nâng cao phần mẫu mã, nội thất... mà còn phải cải tiến về động cơ, mục tiêu chính là: nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Tại nước ta, với chế độ phong kiến kéo dài, nền tản chế tạo của ngành cơ khí là con số không. Xe đạp, xe máy, ôtô... đều là tinh hoa sản phẩm của nền cơ khí phương Tây. Người Việt Nam biết đến động cơ rất sớm, những năm đầu thế kỷ 20, trên những chiếc xe hơi, tàu bè của thực dân Pháp. Nhưng đến thập niên 80 vẫn là” thời kỳ hoàng kim của chiếc xe đạp”. Những năm gần đây thế giới biết đến Việt Nam như như một nước đang tiến hành công cuộc đổi mới. Cũng như bất kỳ nền công nghiệp nào, tại Việt Nam ngành cơ khí sản suất máy móc trang thiết bị phục vụ cho các ngành khác được coi là cơ sở hạ tầng của nền công nghiệp với chính sách phát triển và hiện đại hoá nông nghiệp làm tiền đề phát triển công nghiệp, nên lĩnh vực cơ khí có sản phẩm phục vụ nông nghiệp, công nghiệp chế biến, cơ khí chế tạo máy phục vụ công nghiệp nhẹ được ưu tiên hàng đầu. Sản phẩm chủ yếu của nhóm ngành như: máy động lực 4÷ 8 HP, và tới 600 HP, máy kéo nhỏ, động cơ Diesel 8 ÷ 16 HP, dây chuyền sản suất gạo, hệ thống chế biến thức ăn gia súc, chế biến chè, cà phê, cao su, chế biến nông lâm sản...
Qua hơn 10 năm đổi mới trong hoàn cảnh còn hết sức khó khăn, ngành cơ khí trong nuớc đã có những nổ lực lớn, góp phần không nhỏ phục vụ nông nghiệp. Mỗi năm cung cấp cho thị trường hàng chục nghìn động cơ Diesel công suất từ 5 - 12 HP, hàng trăm nghìn máy bơm nước, máy tuốt lúa, máy nghiền thức ăn gia súc... Tuy chưa có điều kiện trực tiếp chế tạo các dây chuyền toàn bộ, song quá trình tham gia đã hình thành được hệ thống các nhà máy cơ khí có đủ năng lực, được đầu tư theo chiều sâu, tổ chức phân công và hợp tác, bảo đảm chế tạo trong nước đạt 70% khối lượng các nhà máy có công suất rất lớn.
1.2.THỊ TRƯỜNG VÀ CÁC LĨNH VỰC ÁP DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI.
Xã hội Việt Nam đang hưng phấn kết thúc một năm phát triển kinh tế đầy thắng lợi và động cơ Diesel chắc hẳn đóng góp một phần quan trọng trong tỷ lệ gia tăng 7,2% GDP, theo cả ba nghĩa : là công nghiệp trực tiếp sản xuất, là phương tiện để người lao động nâng cao năng suất lao động của mình và là nguồn cảm hứng để người ta phấn đấu cho một cuộc sống tốt hơn mà động cơ Diesel ở nông thôn và đô thị đang là một trong những chỉ báo chính. Hơn hết để cân bằng lợi ích xã hội từ nông thôn đến thành thị vấn đề cấp bách nhất là phải cơ khí hoá và hiện đại hoá nền công nông - nghiệp toàn quốc,đặc biệt là nông - lâm ngư nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và các công trình nhỏ ở vùng sâu, vùng xa.
1.2.1. Các nhà cung cấp động cơ trên thị trường Việt Nam.
1.2.1.1. Các công ty sản xuất động cơ tại Việt Nam :
Trong những năm gần đây nhiều sản phẩm của tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) không những đã trở nên quen thuộc với nông dân và ngư dân cả nước mà còn được xuất khẩu đi nhiều nước. Mỗi năm Tổng công ty cung cấp cho thị trường trong nước hàng chục nghìn động cơ, hàng nghìn máy cày, máy phay đất, máy gặt lúa, bơm nước, xe vận chuyển, dây chuyền và thiết bị chế biến lượng thực,thực phẩm, thức ăn gia súc, gia cầm, thuỷ hải sản.
2. CHỌN MẪU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ.
Để đánh giá, so sánh tính năng kỹ thuật của động cơ người ta dùng các chỉ tiêu sau:
- Công suất động cơ.
- Hiệu suất động cơ.
- Tuổi thọ và độ tin cậy.
- Khối lượng.
- Kích thước bao.
Mỗi loại chỉ tiêu trên đều giữ những vai trò chủ yếu khác nhau theo công dụng và điều kiện sử dụng động cơ. Vì vậy khi thiết kế một động cơ hoàn toàn mới cần phải dựa vào các chỉ tiêu trên để làm cơ sở cho việc tính toán, sao cho động cơ khi được sản suất ra hoàn chỉnh về kết cấu, tăng công suất, giảm khối lượng, tăng tính kinh tế.
Khi thiết kế động cơ đôt trong cần phải căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế đó là nêu rõ những yêu cầu kỹ thuật cơ bản (điều kiện kỹ thuật) đối với động cơ ta sẽ thiết kế.
Điều kiện kỹ thuật gồm các tiêu chí sau:
2.1. CÔNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ.
Đây là điều kiện kỹ thuật rất quan trọng. Nó quyết định phương hướng thiết kế, và lựa chọn những phương hướng tham khảo trong quá trình thiết kế. Những tham số quan trọng như: áp suất có ích bình quân, suất tiêu hao nhiên liệu. Cũng phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định công dụng của động cơ. Ở đây động cơ ta thiết kế là động cơ Diesel cỡ nhỏ nên mục đích chính là dùng cho các loại máy: máy phát điện, máy xay sát, máy xây dựng, máy nén khí, máy thổi khí, máy chế biến, máy công tác, máy hàn, máy công nghiệp... Gắn trên các loại ghe thuyền, máy cày xới cỡ nhỏ, máy cắt cỏ, máy tạo oxy trồng nuôi trồng thuỷ sản...
2.2. CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ.
Công suất là yêu cầu đầu tiên của máy công tác và hệ thống động lực sử dụng động cơ. Công suất có ích là công suất thu được ở đuôi trục khuỷu, rồi từ đó truyền cho máy công tác. Công suất có ích là chỉ tiêu quan trọng quyết định khả năng sử dụng động cơ để dẫn động máy công tác và hệ thống động lực cụ thể. Khi chọn công suất động cơ phải phù hợpvới yêu cầu của sản xuất. Nhưng, công suất thiết kế của động cơ phải phù hợp với tiêu chuẩn Nhà nước qui định về dãy công suất của động cơ.
2.3. SỐ VÒNG QUAY CỦA ĐỘNG CƠ.
Lựa chọn số vòng quay của động cơ cũng là một vấn đề quan trọng vì số vòng quay ảnh hưởng rất nhiều đến độ mài mòn và tính năng kỹ thuật của các cơ cấu máy được dẫn động. Ngoài ra khi thiết kế cần xác định phạm vi vận hành ổn định của động cơ để làm cơ sở thiết kế cơ cấu tự điều chỉnh tốc độ.
2.4. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ CẦN THIẾT KÊ:
- Loại : 4 kỳ, 1 xilanh thẳng đứng.
- Công suất cực đại (HP) : 10
- Số vòng quay (rpm) : 1800 - 3600
- Nhiên liệu : Dầu Diesel
- Hệ thống làm mát : Không khí
- Tỷ số nén : 16 - 21
- Hệ thống buồng đốt : Trực tiếp
- Hệ thống khởi động : Tay/Điện
- Trọng lượng khô (Kg) : 48
2.6. ĐÁNH GIÁ CHUNG ĐƯA RA MẪU THIẾT KẾ
2.6.1. Đánh giá chung
2.6.1.1. Ưu điểm:
- Đều là đông cơ Diesel nên có tính kinh tế cao hơn động cơ xăng từ 25%-30%
- Thích hợp trong điều kiện làm việc ở chế độ toàn tải.
- Động cơ một xylanh nên có kết cấu đơn giản.
- Các động cơ mẫu đều làm mát bằng không khí nên trọng lượng nhỏ hơn động cơ làm mát bằng nước cùng công suất.
- Vì làm mát bằng không khí nên thích hợp với điều kiện làm việc ở vùng sâu, vùng thiếu nước.
2.6.1.2. Nhược điểm:
- Do số vòng quay tương đối cao nên độ mài mòn của các chi tiết tăng, do đó tuổi thọ động cơ giảm.
- Động cơ có một xylanh nên trục khuỷu quay không đều, bánh đà lớn.
- Vì được làm mát bằng không khí nên việc bố trí các cơ cấu và hệ thống phụ gặp nhiều khó khăn vì trên thân động cơ có nhiều phiến tản nhiệt và có bản hướng gió nên nếu cắt bỏ phiến tản nhiệt để bố trí cơ cấu và hệ thống ngay trên thân động cơ thì có thể làm cho thân động cơ quá nóng.
- Vì làm mát bằng không khí nên các chỉ tiêu (Ne,Pe...) kém hơn động cơ làm mát bằng nước khoảng 6%-10% .
2.6.2. Chọn mẫu thiết kế:
Từ những mẫu tham khảo trên, chọn mẫu động cơ XA của hãng YANMAR (Nhật Bản) sản xuất tại Thái Lan làm mẫu thiết kế vì có nhiều ưu điểm sau:
- Động cơ XA có trọng lượng khá nhỏ so với các động cơ khác 10HP năng 33Kg) có các kích thước bao là (392 x 470 x 494) mm. Động cơ bố trí chung gọn, kết cấu khá đơn giản, kích thước của hai xupap lớn, dễ dàng cho việc thải sạch và nạp đầy, chốt khuỷu và cổ khuỷu có độ trùng điệp tăng, độ cứng vững và chiều cao động cơ không cao lắm. Thông số kết cấu l lớn. Chiều cao và trọng lượng động cơ giảm. Động cơ hoạt động khá êm dịu do có trục cân bằng.
3.4.3.3.Qúa trình cháy
Quá trình cháy của động cơ Diesel phải đảm bảo những điều kiện sau:
- Đảm bảo cho nhiên liệu được cháy kiệt.
- Kịp thời làm cho hoá năng của nhiên liệu được chuyển biến hết thành nhiệt năng.
- Nhiệt năng chuyển biến hết thành cơ năng một cách hiệu quả nhất.
3.4.3.6. Các thông số chỉ thị
Ap suất chỉ thị trung bình pi, công suất chỉ thị trung bình Ni và hiệu suất chỉ thị hi là những thông số đặc trưng cho chu trình làm việc của động cơ, chúng thể hiện mức độ hoàn thiện của chu trình về mặt chuyển biến nhiệt thành công cơ giới. Các thông số có ích như: áp suất có ích trung bình pe, công suất có ích Ne và hiệu suất có ích hI đặc trưng cho sự hoàn hảo của động cơ về tổ chức chu trình và tổn hao cơ khí trong nội bộ động cơ.
4.2.1. Xác định lực quán tính vận động thẳng:
Dựa vào tham khảo của động cơ XA ta chọn:
- Khối lượng của nhóm piston:
mn = 0,65 [Kg]
- Khối lượng của thanh truyền:
mtt = 0,62 [Kg]
+ Khối lượng thanh truyền tập trung tại tâm đầu nhỏ thanh truyền:
m1= 0,35.mtt= 0,35.0,62 = 0,217 [Kg]
+ Khối lượng thanh truyền tập trung về tâm đầu to thanh truyền:
m2 = 0,65.mtt= 0,65.0,62 = 0,403 [Kg]
+ Khối lượng của một má khuỷu:
m’k = 20 [g/cm2]
5.1.4. Má khuỷu
Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu. Hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ, trị số của áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Khi thiết kế má khuỷu của động cơ cần giảm trọng lượng phần không cân bằng má. Để dẻ chế tạo, kết cấu đơn giản và khỏi lãng phí vật liệu ta chọn loại má khuỷu có hình lăng trụ. Đồng thời để tăng sức bền và độ cứng vững của trục khuỷu, giảm chiều dày má khuỷu ta tăng đường kính cổ trục và chốt khuỷu, khiến trục khuỷu có độ trùng điệp giữa cổ trục và chốt.
5.3. BÁNH ĐÀ
5.3.1. Công dụng của bánh đà
- Đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng đều (Tốc độ góc không đổi).
- Tích trữ năng lượng dư sinh ra trong hành trình sinh công (Lúc này mômen chính của động cơ có trị số lớn hơn mômen cản nên nó làm cho trục khuỷu quay nhanh) để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công (Trong các hành trình này, mômen cản có trị số lớn hơn mômen chính của động cơ, khiến cho trục khuỷu quay được đều hơn).
- Khởi động cơ bằng phương pháp quán tính (bánh đà tích trữ năng lượng khởi động động cơ)
- Ngoài ra bánh đà còn là nơi để ghi các ký hiệu ĐCT, ĐCD, góc phun sớm.
5.4.1. Đầu nhỏ 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 ra.
Các lực trên sinh ra ứng suất uốn, kéo nén trên đầu nhỏ
Vậy thanh truyền có sức bền mỏi đồng đều.
· Tính sức bền của thân thanh truyền khi xét đến momen quán tính:
Nếu coi thanh truyền có tiết diện đồng đều thì lực quán tính của thân thanh truyền phân bố theo hình tam giác dọc theo thanh truyền. Momen lực quán tính uốn thân thanh truyền có giá trị lớn nhất ở tiết diện cách đầu nhỏ một đoạn là 0,577l. Lực quán tính của thanh truyền có giá trị lớn nhất khi trục khuỷu quay đến vị trí đường tâm thanh truyền vuông góc với đường tâm má khuỷu.
- Tính bulông thanh truyền:
Số bu lông: z = 2
Đường kính bulông: d = 10 [mm]
Đường kính trung bình của ren: dtb = 9 [mm]
Đường kính chân ren: do = 8 [m]
Hệ sốma sát: m = 0,1
[s]=150 ¸ 250MN/m2
6. THÂN MÁY, NẮP XYLANH
Thân máy, nắp xylanh là những chi tiết máy cố định có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp của động cơ đốt trong. Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ được lắp trên thân máy và nắp xylanh. Khi thiết kế thân máy và nắp xylanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Có đủ sức bền và độ cứng vững để chịu đựng được tải trọng lớn và nhiệt độ cao.
Dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu khác lắp trên thân máy và nắp xylanh.
Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Đảm bảo các yêu cầu đặc biệt như: kết cấu buồng cháy, lưu thông của gió để làm mát.
Có khối lượng nhỏ.
Thân máy và nắp xylanh của động cơ làm mát bằng gió có nhiều đặc điểm khác thân máy và nắp xylanh động cơ làm mát bằng nước. Trong động cơ làm mát bằng gió, xylanh và nắp xylanh làm rời từng cái một. Dùng loại gujông dài hoặc ngắn để lắp cố định với họp trục khuỷu. Hộp trục khuỷu làm liền khối để có độ cứng vững cao.
Kết cấu nắp xylanh và xylanh rất phức tạp vì chung quanh đều có nhiều phiến tản nhiệt. Do kết cấu của nắp xylanh và thân máy rất phức tạp nên thường nhiệt độ phân bố không đồng đều. Vì vậy, trong quá trình làm việc đường tâm xylanh dễ bị xê dịch.
Trong động cơ làm mát bằng gió, kết cấu của xylanh có quan hệ mật thiết với các thông số sau:
Tốc độ quay của động cơ, tỷ số nén, mức độ cường hoá động cơ. Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến các ứng suất nhiệt của xylanh và vì vậy chúng có quan hệ trực tiếp tới cách bố trí số phiến tản nhiệt, kích thước và hình dạng của phiến tản nhiệt.
Vật liệu dùng để chế tạo xylanh phải là loại dẫn nhiệt, tản nhiệt tốt, dễ đúc và dễ gia công.
Mức độ làm mát cần thiết. Nếu thay đổi cường độ làm mát thì kích, hình dạng và số lượng phiến tản nhiệt sẽ thay đổi theo.
Trong quá trình thiết kế động cơ làm mát bằng gió, vấn đề quan trọng bậc nhất là tổ chức luồng gió làm mát phân bố đều và định hướng để trạng thái nhiệt của xylanh được đồng đều để giảm nhiệt độ chênh lệch trong xylanh. Nếu không bảo đảm được trường nhiệt độ phân bố đồng đều, xylanh thường bị biến dạng rất lớn.
6.1. THÂN MÁY:
Trong quá trình làm việc thân máy chịu đựng lực khí thể rất lớn. Lực đó truyền cho thân máy theo nhiều kiểu khác nhau nên kiểu chịu lực của thân máy tuỳ thuộc vào kết cấu của thân máy. Đối với loại động cơ ta thiết kế dùng loại thân máy- hộp trục khuỷu.
Với loại động cơ làm mát bằng gió dùng loại lót xylanh khô, làm bằng thép nitơ hoá. Chièu dày của lót 5 [mm].
Ưu điểm của loại lót xylanh khô: có độ cứng vững lớn, vì vậy có thể làm mỏng, ít tốn vật liệu, không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên không sợ rò khí, lọt nước. Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm sau: Không được làm mát tốt nên xảy ra hiện tượng quá nóng, do dùng lót xylanh khô khiến cho công nghệ đúc thân máy khó khăn, vật liệu làm thân máy phải tốt, so với lót xylanh ướt xylanh khô gia công phức tạp hơn.
Lực tác dụng lên vai lót xylanh là lực siết do gujông gây ra. Để đảm bảo làm kín buồng cháy, lực siết (Pg) phải lớn hơn lực khí thể tức là:
Pg= (1,2 ¸ 1,6).pz.Df2
Trong đó:
Df - đường kính trung bình ở mặt vành bao kín.
Df = 90mm
Chọn:
Pg = 1,2.pz.Df2
= 1,2.7,5084.902.10-6 = 0,07297 [MN ]
6.3.2.1. Ứng suất tại tiết diện I-I:
Dời lực Pg về trọng tâm của tiết diện (I-I) rồi phân thành hai lực: lực kéo PH và lực cắt PT. Khi dời lực Pg, momen Pg.l tác dụng uốn vai lót xylanh.
6.3.5. Tính sức bền của gujông chịu lực:
Trong quá trình làm việc gujông chịu các lực sau: lực siết ban đầu Pbđ, lực khí thể Pz, và lực kéo Pt gây ra bởi sự biến dạng nhiệt của các chi tiết lắp ghép với nhau bằng gujông chịu lực. Lực tổng cộng tác dụng tren gujông chịu lực có quan hệ mật thiết với độ đàn hồi của các chi tiết lắp ghép.
Lực siết gujông chịu lực phải đảm bảo đủ chặtđể trong bất kỳ trạng thái làm việc nào cũng không xảy ra hiện tượng lọt khí qua mặt lắp ghép.
7.1.2. Vòi phun:
Nhờ vòi phun, nhiên liệu dược đưa vào buồng đốt dưới dạng các hạt sương nhỏ và áp suất lớn. Trên động cơ ta thiết kế lắp vòi phun kiểu kín tiêu chuẩn. Đầu vòi phun gồm hai chi tiết chính xác là thân kim phun và kim phun, khe hở dẫn hướng giữa hai chi tiết này khoảng 2 ¸ 3 [mm]. Mặt côn tựa của van kim tỳ lên đế van trong thân kim phun và đóng kín đường thông tới các lỗ phun. Các lỗ phun với đường kính 0,34 [mm] phân bố đều quanh chu vi đầu vòi phun. Đường tâm các lỗ phun và đường tâm đầu vòi phun tạo thành góc 75o. Êcu tròng dùng để bắt chặt đầu vòi phun lên thân.
Mặt tiếp xúc giữa đầu và thân vòi phun được mài bóng, trên phần thân kim phun có rãnh hình vành khăn, từ rãnh này có 3 lỗ khoan tạo thành các đường nhiên liệu dẫn tới các lỗ phun.
Phần trên thân và đầu vòi phun có cốc dùng để bắt vít điều chỉnh và êcu hãm. Người ta dùng vít điều chỉnh để thay đổi lực lò xo trong vòi phun. Lực lò xo thông qua đĩa lò xo và đũa đẩy ép van kim tỳ lên đế van. Phía trên cốc có một chụp bảo vệ, trên chụp có lỗ để lắp nhiên liệu rò rỉ qua khe hở giữa kim và thân kim phun. Trong lỗ doa để lắp với đường nhiên liệu cao áp có lưới bảo vệ.
Nguyên tắc hoạt động của vòi phun kín như sau: Nhiên liệu cao áp được bơm cao áp đưa qua lưới lọc, qua các đường nhiên liệu trong thân kim phun tới không gian bên trong mặt côn tựa của van kim. Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tích hình vành khăn của van kim chống lại lực ép của lò xo. Khi lực của áp suất nhiên liệu lớn hơn lực ép của lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiên liệu tới lỗ phun. Áp suất nhiên liệu làm cho van kim bắt đầu bật mở được gọi là áp suất bắt đầu phun nhiên liệu PF. Đối với vòi phun kín tiêu chuẩn PF = 15 ¸ 25 [MN/m2]. Trong quá trình phun, áp suất nhiên liệu có thể tới 50 ¸ 80 [MN/m2], trong một vài trường hợp có thể cao hơn nữa.
8.2. PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG TRỤC CAM.
Dẫn động trục cam thường dùng một trong các kiểu sau :
+ Dẫn động bằng bánh răng trụ thẳng hoặc nghiêng.
+ Dẫn động bằng đai răng.
+ Dẫn động bằng hệ thống bánh răng côn..
· Nấm xupap :
Phần làm việc quan trọng nhất của nấm xupap là mặt côn, có góc vát a=15¸450, góc a càng nhỏ thì tiết diện lưu thông của dòng khí động càng lớn, đối với xupap nạp, nhưng dòng khí càng bị ngoặc làm tăng sức cản lưu động của dòng khí. Mặt khác nếu a càng nhỏ thì bề mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững của mặt nấm càng kém. Do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xupap ảnh hưởng đến độ bền và điều kiện làm việc của nấm. Ngược lại, khi góc a lớn bề mặt nấm xupap sẽ dày và bền hơn, dòng khí thải đi ra cũng dễ dàng hơn. Do đó để tạo điều kiện làm việc xupap người ta thường thiết kế góc a như sau :
a = 450 đối với xupap thải,
300£ a £ 450 đối với xupap nạp.
ngoài. Sau khi ép ống dẫn hướng vào nắp xy lanh hay thân máy, ta phải dùng dao doa để doa lỗ dẫn hướng đến đúng kích thước qui định.
Khi trục cam quay đến vị trí nâng cao con đội, thân con đội 7 và xylanh 8 được cam đẩy lên. Dầu nhờn chứa trong khoang dưới của piston 1 bị nén lại, bi 5 của van một chiều đóng kín trên đế van của ống 4. Do đó piston 1bị đẩy lên mở xupap ra. Do lực của lò xo xupap tác dụng lên đầu piston 1 nên trong quá trình con đội đi lên dầu trong khoang phía dưới piston 1 bị nén, một phần dầu sẽ rỉ qua khe hở giữa piston và xylanh 8 ra ngoài. Trong quá trình xupap đóng, con đội đi xuống, khi xupap đóng kín trên đế xupap, con đội đi xuống đến vị trí thấp nhất. Lúc này lỗ dầu 3 trên thân con đội trùng với lỗ dầu trên thân máy. Đồng thời lò xo 2 đẩy piston 1 đi lên cho tới khi đầu piston chạm vào đuôi xupap. Do đó trong cơ cấu phân phối khí không có khe hở nhiệt, khi piston 1 bị lò xo 2 đẩy lên, trong khoang chứa dầu phía dưới piston có độ chân không. Dầu nhờn đi qua lỗ 3 và ống đế van 4 đẩy bị 5 mở ra bổ sung vào khoang chứa dầu này.
8.5.1.2. Xác định tiết diện lưu thông và trị số << thời gian tiết dịên >>.
- Tiết diện lưu thông của xupap.
Tiết diện lưu thông của xupap có ảnh hưởng quyết định đối với chất lượng thay đổi khí của quá trình thải và nạp của động cơ .
Vì vậy khi tính toán tiết diện lưu thông của xupap dựa vào giả thiết dòng khí đi qua họng đế xupap là ổn định, coi dòng khí nạp, thải có tốc độ bình quân và tốc độ piston không đổi.
2. Tiết diện lưu thông của xupap thải:
Tốc độ của dòng khí nạp được xác định theo thực nghiệm:
Vkht = (1,2¸1,5).Vkhn = 67,548 ¸ 84,345 [m/s]
Vẽ đường cong biêủ diễn hành trình nâng của xupap h = f(ak) và lực quán tính Pjx = f(ak), tiếp đó vẽ đặc tính của lò xo Plx = k.Pjx. Bên phải của đồ thị vẽ đường cong biểu biễn đặc tính của lò xo (tung độ biểu biễn độ biến dạng, hoành độ biểu biễn lực lò xo).
Từ các điểm a’, b’, c’’ trên đồ thị h = f(ak) kẻ các đường song song với tung độ cắt các đường biểu diễn Plx ở a, b, c. Do đó xác định được lực lò xo trên các điểm này, đem trị số các lực này đặt trên các đường song song với hoành độ qua các điểm a”, b”, c” nối các điểm này với nhau bằng một đường thẳng kéo dài cho cắt tung độ của các trục toạ độ f, Plx ở O” ta có đường đặc tính biến dạng lò xo.
= 509,479[MN/m2 ] < [tx] = 350 ¸ 600 [MN/m2]
Vậy lò xo đảm bảo ứng suất xoắn:
9. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PISTON.
9.1. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG.
9.1.1. Điều kiện làm việc.
Trong chu trình công tác của động cơ, áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston thay đổi rất nhiều vì vậy lực khí thể có tính va đập lớn. Trong động cơ cao tốc, do số vòng quay cao nên lực quán tính tác dụng lên piston cũng rất lớn.
Lực tác dụng trên piston lớn, gây nên ứng suất lớn, làm biến dạng piston và đôi khi làm hư hỏng piston.
9.2. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG.
Phương pháp công nghệ phụ thuộc vào trang bị và dạng sản xuất. Ở đây, do dạng sản xuất đơn chiếc, để đảm bảo về mặt kinh tế, quy trình công nghệ gia công được thực hiện theo phương pháp tập trung nguyên công, cho phép ta có thể chuyển quy trình công nghệ một cách dễ dàng.
9.2.1.Phân tích chọn chuẩn và thứ tự các nguyên công.
Việc lựa chọn bề mặt chuẩn thô và chuẩn tinh hợp lý, nhằm mục đích giảm sai số chuẩn và sai số gá đặt. Ngoài ra, việc chọn chuẩn hợp lý còn nhằm mục đích phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt gia công.
Quy trình công nghệ gia công piston được tiến hành qua các nguyên công sau:
· Tiện phá đỉnh và mặt tròn ngoài phần trên piston.
· Tiện hai mặt chuẩn phụ (Mặt đáy dưới và gờ trong).
· Khoan, khoét rộng lỗ ắc hoặc tiện sơ bộ.
· Tiện hai rãnh phanh lỗ ắc.
· Tiện thân, đỉnh, rãnh séc măng.
· Khoan lỗ dầu.
· Khoan lỗ giới hạn của rãnh phòng nở.
Công suất cắt được tính theo công thức:
N =Pz.V/(1020.60)
Trong đó: Pz = 10.Cp.tx.Sy.Vn.kp
Các hệ số Cp và các số mũ x, y, n được tra ở bảng 5.22 ta có:
Cp = 55, x = 1, y = 0,66, n = 0.
kp = KMP. kj..kgp. kgp .klp. krp
Tra bảng 5.9, 5.10, 5.22 ta có các hệ số:
KMP = 1, kj = 1,08, kgp = 1,15, klp = 1, krp = 0,87
Þ kp = 1,08
Pz = 939,8 [N]
Vậy N = 0,89 [KW]
8.Nguyên công kiểm tra:
Ta kiểm tra độ lệch tâm của lổ ắc với mặt phẳng đối xứng của piston.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn:..……..……., đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm đồ án đã giúp tôi làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án của em không tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo hướng dẫn:..……..……., cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"