Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian hoàn thành đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong với đề tài: “SỬDỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNGCỦA CƠ CẤU PISTON – THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU ĐỘ
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian hoàn thành đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong với đề tài: “SỬ
DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNGCỦA CƠ CẤU PISTON – THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ ĐỐTTRONG”, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy đã giúp đỡ và hỗ trợ
nhiệt tình, cũng cấp nhiều thông tin, kinh nghiệm quý báu và tạo mọi điều kiện chochúng em trong quá trình hoàn thành đồ án.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệmcòn hạn chế, nên bài làm của chúng em còn có một số thiếu sót trong việc trình bày vàcác bản vẽ 3D, 2D chưa đạt được độ chuyên nghiệp.Chúng em rất mong nhận được sựthông cảm và đóng góp ý kiến của thầy để chúng em có thể hoàn thiện hơn bài làm củamình.
Trang 21.3.Nội dung nhiệm vụ đề tài 2
1.4.Phương pháp nghiên cứu 2
2.3.6Các nguyên nhân hư hỏng của trục khuỷu 13
CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ VÀ MÔ PHỎNG 15
Trang 33.1Thông số kỹ thuật động cơ 15
Trang 4Hình 3.4: bảng vẽ 2D thiết kế thanh truyền
Hình 3.5: bảng vẽ 2D thiết kế khóa thanh truyền Hình 3.6: bảng vẽ 2D thiết kế trục khuỷu
Hình 3.7: mô phỏng hoạt động cơ cấu của piston- thanh truyền- trục khủy
Trang 5LỜI MỞ ĐẦU
Để nâng cao kiến thức khoa học, hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động bên trongđộng cơ của oto và áp dụng vào lĩnh vực nghiên cứu, năm trong chương trình đào tạocủa ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Oto của trường đại học HUTECH và cũng như gópmột phần nhỏ làm phong phú thêm các bài giảng Cùng với đam mê học hỏi và nhiệt
huyết tuổi trẻ để tìm hiểu về lĩnh vực công nghệ oto Vì vậy chúng em chọn đề tài“SỬ
DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNGCỦA CƠ CẤU PISTON – THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ ĐỐTTRONG” nhằm tạo nền tảng kiến thức để học tập và phát triển trong quá trình học
tập và làm việc sau này.
Trong quá trình làm đồ án, không tránh khỏi những sự sai sót và những sai phạmtrong việc thực hiện đồ án Mong rằng thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến và chỉ bảođể chúng em có thể khắc phục và rút kinh nghiệm và ngày càng hoàn thiện trong tươnglai Đặc biết nhờ sự giúp đỡ tân tình của thầy giáo Nguyễn Văn Bản đã hỗ trợ chúngem có thể hoàn thành đồ án đúng tiến độ và ít sai sót nhất có thể Chúng em xin phépđược gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn Văn Bản cùng với các bạn bècùng ngành
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Trang 6CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
- Vì để có thể nghiên cứu và nắm vững được các chi tiết, cách thức hoạt động của
cơ cấu Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu.động cơ đốt trong một cách chuyên sâunhất, nhóm hai người chúng em đã sử dụng phần mềm Solidwords đề thiết kế, tạodựng và mô phỏng hoạt động cùa cơ cấu Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu.độngcơ đốt trong của xe Mercedes S450.
1.2 Mục tiêu đề tài
- Trình bày công dụng, các yêu cầu và phân loại Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu
trên ô tô.
- Nắm được kết cấu của Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu.
- Nêu nguyên lý hoạt động của Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu.
- Tạo dựng được kết cấu và hoạt động của Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu trên
phần mềm Solidworks bằng những số liệu, kích thước chuẩn của động cơ trên ô tô.
1.3 Nội dung nhiệm vụ đề tài
- Sử dụng số liệu thực tế đã qua tìm hiểu, khảo sát của Piston – Thanh truyền – Trục
khuỷu để mô phỏng, tạo dựng trên phần mềm Solidwords.
- Lựa chọn các loại thiết kế hơp lí và phương pháp tính toán phù hợp với các cụm
Piston – Thanh truyền – Trục khuỷu.
- Đề ra được các công dụng, yêu cầu và phân loại của Piston – Thanh truyền – Trục
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu qua các trang mạng thông tin trên internet.- Sử dụng phần mềm tạo dựng hình ảnh 3D Solidwords.
- Cùng thảo luận, trao đổi và củng cố những thông tin về nội dung đồ án.- Phân bố công việc mà từng thành viên phải đàm nhiệm.
1.5 Kết cấu đồ án môn học- Chương 1: Giới thiệu đề tài- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Chương 3: Thông số kỹ thuật động cơ và bảng số liệu đo đạc- Chương 4: Kết luận
Trang 7CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1 Nhiệm vụ
- Piston có nhiệm vụ kết hợp với xylanh và nắp máy để tạo thành buồng đốt, cung
cấp năng lượng và cung cấp lực cho động cơ hoạt động.
- Là bộ phận chuyển động trong lòng xylanh nó nhận áp lực từ môi chất công tác rồi
truyền cho trục khuỷu qua thanh truyền Ngoài ra còn có tác dụng trong việc nạp,nén khí mới và đẩy khí thải ra khỏi không gian công tác của xylanh.
- Piston hoạt động theo một quá trình tuần hoàn, trong đó truyền nhiệt vào khí bên
trong xylanh, khí nở làm tăng thể tích và sinh công, loại bỏ nhiệt khỏi xylanh, ápsuất khí giảm và cho phép piston được nén dễ dàng hơn, đưa công vào piston,piston nén trở về trạng thái ban đầu để thực hiện chu trình mới.
- Piston nhận áp lực khí thể từ phía đỉnh truyền cho tới trục khuỷu đi qua thanh
truyền và ngược lại
- Piston hút khí mới vào không gian công tác của động cơ, nén hỗn hợp môi chất
công tác và xả khí cháy ra ngoài
- Động cơ hai kỳ piston còn có vai trò đóng mở cửa nạp, cửa xả.2.1.2 Điều kiện làm việc
- Tải trọng của lực động học lớn và có chu kỳ :+ Áp suất lớn, có thể đến 420 kg/cm2 hoặc hơn nữa+Lực quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ tốc độ cao- Tải trọng nhiệt cao
- ma sát lớn và ăn mòn hóa học
- Piston còn bị ăn mòn do tạp chất và các hóa chất có trong khí cháy gây nên- Chịu áp lực va đập của chốt piston vào bệ chốt
2.1.3 Yêu cầu
- Chịu được hệ số nén cao.
- Đảm bảo bao kính buồng cháy và truyền lực tốt.- Truyền và dẫn nhiệt tốt.
- Đảm bảo độ cứng vững để chịu được tải của động cơ.- Khe hở nắp ráp chính xác, độ cứng, độ bóng cao.- Được làm bằng vật liệu khó bị mài mòn.
Trang 8- Chịu được nhiệt độ cao.2.1.4 Phân loại
a Theo kết cấu
- Piston được chia làm hai loại: Piston liền và piston ghép.
b theo vật liệu chế tạo
- Piston làm bằng gang xám- Piston làm bằng gang hợp kim- Piston làm bằng thép
c theo kích thước
- piston tròn
- piston hình chử nhật
d Theo tốc độ quay
- Piston Đơn (Low-Speed Piston): Được sử dụng trong động cơ chủ yếu làm việc ở
tốc độ quay thấp, ví dụ như trong động cơ diesel Piston này thường được thiết kếđể tối ưu hóa độ chắn nước và độ kín.
- Piston Đa Điểm (Medium-Speed Piston): Sử dụng trong động cơ làm việc ở tốc độ
trung bình, như động cơ diesel công nghiệp và tàu biển Piston này thường có nhiềuđiểm chống mài mòn và có khả năng chống nhiệt độ cao hơn
- Piston Tốc Độ Cao (High-Speed Piston): Dành cho động cơ hoạt động ở tốc độ
cao, như động cơ xe ô tô Chúng thường được chế tạo từ vật liệu nhẹ và chịu đượcnhiệt độ cao, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm trọng lượng.
2.1.5 Vật liệu chế tạo
- Vật liệu chế tạo piston trên các động cơ hiện nay:
+ Gang Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu Gang có sức bền nhiệt vàbền có học khá cao, hệ số giãn nÖ đài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ
+ Thép Thép có sức bền cao nên phải nhẹ Tuy nhiên hệ số dẫn nhiệt cũng nhớđồng thời khó đúc nên hiện nay ít được dùng.
- Nhưng chủ yếu vẫn là hợp kim nhôm nhằm giảm lực quán tính do nhôm nhẹ và
tăng sự truyền nhiệt từ đỉnh piston ra thành xylanh do dẫn nhiệt tốt.
Trang 9- Phần trên cùng của piston, thường có một hình dạng đặc biệt để tối ưu hóa hiệu
suất đốt cháy Đỉnh piston thường phải chịu áp lực và nhiệt độ cao từ lửa cháytrong buồng đốt Đỉnh piston có nhiều hình dạng khác nhau
+ Piston đỉnh bằng + Piston đỉnh lồi + Piston đỉnh lõm
b Đầu piston
- Phần trên của piston, bao gồm đỉnh piston, các rảnh xéc măng
- Vì piston thường xuyên làm việc trong mỗi trường có nhiệt độc cao Nên khi chế
tạo người ta thường gia công một phần ở phía đầu lỗ chốt piston Để làm giảmtrọng lượng của piston và khi giản nở vì nhiệt thì piston không bị bó kẹt trongxylanh
c Xéc măng
Trang 10
- Xéc măng xe ô tô (segment): là những vòng tròn hở được làm bằng kim loại, nằm ở
các rãnh của đầu piston Với động cơ đốt trong, ba bộ phận piston, nắp xi lanh vànắp máy phối hợp với nhau để tạo ra buồng đốt Trong quá trình đốt cháy nhiênliệu, bộ phận này sẽ phải chịu tác động lớn của các yếu tố như nhiệt độ, lực ma sát,áp suất, lực va đập cũng như sự ăn mòn của khí cháy và dầu nhờn trong buồng đốt.
- Có hai loại xéc măng:
+ Xéc măng khí (hơi)
Xéc măng khí có nhiệm vụ ngăn không khí rò rỉ xuống các khe, đồng thời giúp giảiphóng nhiệt lượng Loại xéc măng này được thiết kế với nhiều tiết diện khác nhau,bao gồm xéc măng có vát mặt trên, xéc măng côn và xéc măng côn – cắt phía dưới Do phải thường xuyên tiếp xúc với khí đốt, chịu nhiệt độ và sự ăn mòn hóa họccao nên xéc măng vát mặt trên được chế tạo bằng vật liệu dày hơn và bền hơn xécmăng côn Xéc măng đầu vát có tác dụng giữ muội than giúp tránh tình trạng bókẹt trong rãnh Trong khi đó, xéc măng côn có áp suất tiếp xúc lớn và khả năng ràkhít nhanh chóng với xi lanh nhưng việc chế tạo khá phức tạp.
+ Xéc măng dầu: Bao kín buồng cháy, ngăn không cho dầu bôi trơn từ dưới các tesục lên buồng cháy và phân bố đều dầu bôi trơn trên mặt xylanh để giảm ma sátgiữa piston, xéc măng với xylanh.
d Chốt piston
- Chốt piston có công dụng nối piston với thanh truyền chốt piston thường được
thiết kế rỗng ở bên trong
- Trong khi làm việc chốt chịu tác dụng của lực khí thể và chịu lực quán tính rất lớn,
chịu va đập mạnh
- Mặt chốt piston phải được làm nhẵn để khi kết nối piston với thanh truyền có được
hệ số dung sai nhỏ để tránh được tình trạng va đập khi đông cơ làm việc
- Vật liệu chế tạo phải đảm bảo được độ cứng vững có độ bền cao, khó bị mài mòn
chống mỏi tốt
2.1.7 Các dấu hiệu hư hỏng của piston
- Phần thân piston: Bị mòn do ma sát với thành xylanh, piston bị mòn và giảm
đường kính thay đổi độ côn và độ ô van, khe hở giữa piston và xylanh tăng, pistonchuyển động không vững chắc trong xylanh gây ra va đập khi làm việc.
Trang 11- Bị mòn do ma sát với 2 bên thành xylanh, đường kính piston bị thay đổi, độ côn và
độ ô van không nằm trong tiêu chuẩn cho phép, khe hở giữa piston và thanh xylanhlớn khiến động cơ bị mất áp, piston và xi lanh va đập khi làm việc.
- Rãnh lắp xéc măng: Bị mòn do va đập với xéc măng trong đó rãnh trên cùng mòn
nhiều nhất, trong cùng một rãnh thì mặt dưới bị mòn nhiều hơn Gây ra tình trạngdầu thấm vào rảnh xéc măng, gây mất cân bằng trong quá trình làm việc của piston
- Lỗ bệ chốt: Bị mòn côn hoặc ô van do va đập với chốt piston.
- Đỉnh piston: trong quá trình làm việc đỉnh piston thường xuyên phải tiếp xúc với
môi trường có nhiệt độ và áp suất cao nên thông thường đỉnh piston bị cháy rổ, màimòn hoá học, nứt hoá học
Trang 122.2 THANH TRUYỀN2.2.1 Nhiệm vụ
- Thanh truyền có nhiệm vụ biến đổi chuyển động quay vòng của trục khuỷ thành
chuyển động tịnh tiến của piston thanh truyền là chi tiết trung gian truyền chuyểnđộng từ chi tiết này đến chi tiết khác.
2.2.2 Điều kiện làm việc
- thanh truyền chịu môi trường làm việc khắc nghiệt với nhiệt độ cao, áp suất, độ
rung, chịu đựng đầu và các chất bôi trơn và các điều kiện làm việc đặc biệt khác.
2.2.3 Yêu cầu
- Thanh truyền phải có độ bền cao để chịu đựng được lực và áp suất trong quá trình
vận hành.
- Vật liệu của thanh truyền cần có khả năng chống mài mòn, chống ảnh hưởng của
các yếu tố môi trường như nước, dầu, bụi bẩn, hóa chất, và nhiệt độ cao.
- Thanh truyền phải chịu được lực tác động, uốn cong mà không bị biến dạng quá
- Chịu Đựng Nhiệt Độ Cao
- Trọng Lượng Nhẹ (Nếu Có Thể)- Độ Ổn Định và Tính ồng Đều
2.2.4 Cấu tạo và phân oại
a Cấu tạo của thanh truyền ô tô gồm 3 phần: thân thanh truyền, đầu to (hay đầu biên
lớn), đầu nhỏ (hay đầu biên nhỏ) và bạc lót thanh truyền.
Trang 13Hình 2.2: Thanh truyền
- Đầu nhỏ của thanh truyền: có dạng hình trụ rỗng, được lắp với chốt piston bên
trong có bạc lót, phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, bạc lót được ghép chặt và đầunhỏ thanh truyền
- Thân thanh truyền: Thân thanh truyền làm nhiệm vụ là phần nối giữa đầu nhỏ và
đầu to của thanh truyền, thường có tiết diện hình chữ nhật, hình tròn, hình ôvanhoặc hình chữ I Tiết diện hình chữ I được dùng nhiều trong động cơ cao tốc vàđộng cơ ô tô, máy kéo Loại này có độ cứng vững lớn, bố trí vật liệu hợp lý
- Đầu to thanh truyền: Được nối với trục khuỷu gồn hai nữa Nữa trên liền với thanh
truyền, nữa dưới chế tạo rời gọi là nắp đầu to ( Nắp biên) và được lắp ghép với nữatrên bằng các bu long.
Trong đầu to có 2 miếng bạc lót, trong động cơ tàu thủy, đầu to thường làm rời và gắnvào thân nhờ bulông có gờ định vị Động cơ mô tô và xe máy vì dùng trục khuỷu ghépnên đầu to thanh truyền được làm thành khối liền với thân
- Bạc lót: Phía trong có bạc làm bằng thép có tráng hợp kim đồng Mặt trong của bạc
được phay rãnh để chứa dầu bôi trơn Giữa các nửa của đầu to được ghép với nhaubằng bu lông Để chống xoay bạc mỗi nửa bạc có dập định vị khớp
- Bulông: Dùng để lắp đầu to thanh truyền vào trục khuỷu
Trang 14Mới tới đây làm tiếp đi
b Phân loại
- Dựa vào thiết diện thân truyền:
• Thân truyền tiết diện hình chữ I • Thân truyền tiết diện hình tròn • Thân truyền tiết diện hình chữ H
- Theo kết cấu đầu to thanh truuyền:
• Đầu lệch • Đầu không lệch
2.2.5 Vật liệu chế tạo
- Thông thường thanh truyền được làm từ thép các bon tốt hoặc thép hợp kim Thép
các bon thường dùng trong các động cơ tốc độ thấp như thép C30, C35, C40, C45.Động cơ ô tô máy kéo có thể dùng thép cacbon nhưng thường dùng loại thép hợp kim crôm, niken…
2.2.6 Các dấu hiệu hư hỏng của thanh truyền
- Thanh truyền bị cong: Thanh truyền bị cong làm cho piston đâm lệch về một phía
piston và xéc măng bị nghiêng làm giảm độ kín khít cụm piston xéc măng vàxylanh bị mòn.
- Thanh truyền bị xoắn:
Thanh truyền bị xoăn làm cho đường tâm của lỗ đầu to thanh truyền và đầu nhỏthanh truyền không cùng nằm trên một mặt phẳng Piston xoay lệch trong xylanhbạc đầu to thanh truyền mòn nhanh thanh truyền bị mòn rỗng lỗ đầu to đầu nhỏ dobạc bị xoay làm khe hở lắp ghép mòn nhanh gây va đập bó kẹt (do bị tắc đườngdầu) khi động cơ làm việc.
Thỉnh thoảng thanh truyền bị đứt gãy, bulông ê cu bị đứt, gãy do piston bị bókẹt trong xylanh.
Thanh truyền bị đứt gãy làm ảnh hưởng đến các chi tiết khác, từ đó dẫn đến pháhuỷ động cơ.
Trang 152.3.TRỤC KHUỶU2.3.1.Nhiệm vụ
- Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất cường độ làm việc lớn
nhất giá thành cao nhất của động cơ
- Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực truyền từ piston qua thanh truuyền và
biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu đểtruyền công suất ra ngoài
2.3.2 Điều kiện làm việc
- Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí cháy, lực quán tính - Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra dao động
dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động và mất cân bằng
- Ngoài ra các lực nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ
nhưng đồng thời phải dễ chế tạo
2.3.4 Phân loại và cấu tạo 2.3.4.1 Phân loại
Về hình thức kết cấu trục khuỷu chia được chia làm hai loại: trục khuỷu nguyên vàtrục khuỷu ghép
- Trục khuỷu nguyên: áp dụng cho động cơ cỡ nhỏ và trung bình.
- Trục khuỷu ghép: được sử dụng nhiều ở động cơ lớn kết cấu phức tạp.
a Trục khuỷu nguyên
- Trục khuỷu nguyên là trục khuỷu có cổ trục, cổ biên, má khuỷu được chế tạo liền
thành một khối, không tháo rời được
b Trục khuỷu ghép
Trang 16- Trục khuỷu ghép là trục khuỷu mà các bộ phận như cổ trục, cổ biên và má khuỷu
được chế tạo rời rồi nối lại với nhau thành trục khuỷu Trục khuỷu ghép được dùngnhiều trong động cơ cỡ lớn và ở một số động cơ công suất nhỏ, ít xylanh và đầu tothanh truyền không cắt đôi.
2.3.4.2 Cấu tạo
- Đầu trục khuỷu: dùng để lắp bánh răng dẫn động, bơm cao áp, bơm dầu…trên đầu
trục khuỷu còn có thêm bộ giảm chấn làm giảm dao động xoắn
- Cổ chính: Các cổ chính động cơ thường có cùng một kích thước đường kính.
Đường kính cổ chính chọn theo sức bền, điều kiện hình thành màn dầu bôi trơn,thời gian sử dụng, và số lần bảo dưỡng lớn
+ Kích thước đường kính cổ chính trục động cơ xăng thường dct = (0.65÷0.80)xD+ Kích thước đường kính cổ chính trục động cơ điêzel thường dct =(0.7÷0.85)D.Trong đó, D: đường kính xylanh
- Cổ biên (chốt khuỷu): Nối trục khuỷu với thanh truyền:
+ Đường kính có thể lấy nhỏ hơn hoặc bằng đường kính cổ chính
+ Chiều dài cổ biên phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 đường tâm xylanh kề nhauvà chiều dài cổ trục.
- Má khuỷu: là bộ phận nối giữa cổ trục và cổ biên Các loại hình dạng má khuỷu:
+ Hình chữ nhật + Hình tròn + Hình ô van
- Đối trọng: đối trọng được lắp trên trục khuỷu có 2 tác dụng chủ yếu:
+ Cân bằng lực và momen quán tính không cân bằng của động cơ + Giảm phụ tải cho cổ trục
Mặt khác trục khuỷu và thân máy là những chi tiết không cứng vững, biến dạng nênđối trọng còn có tác dụng cân bằng và giảm rung động.