Thuyết trình Thiết kế động cơ đốt trong - Đề tài: Thiết kế nắp máy và thân máy

Nội dung text: Thuyết trình Thiết kế động cơ đốt trong - Đề tài: Thiết kế nắp máy và thân máy

1. MỤC LỤC 1. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY 3 1.1. Điều kiện làm việc . 3 1.2. Các yêu cầu cần có . 3 1.3. Yêu cầu chung. 3 2. TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN . 3 2.1. Sơ đồ tổng quát. 3 2.2. Các phương án chọn nắp máy . 5 2.2.1. Phương án buồng cháy bán cầu . .5 2.2.2. Phương án buồng cháy hình chêm. 5 2.2.3. Phương án buồng cháy kiểu oval. 5 2.3. Các phương án chọn gioăng bao kín . 6 2.3.1. Phương án gioăng bằng đồng hoặc bằng nhôm . 6 2.3.2. Phương án chọn giăng bằng thép . 7 2.3.3. Phương án gioăng bằng bằng lá thép. 7 2.3.4. Phương án gioăng bằng vật liệu mềm. 7 2.4. Các phương án chọn thân máy . 7 2.4.1. Thân xylanh chịu lực . 8 2.4.2. Vỏ thân xylanh chịu lực . 8 2.4.3. Gujong chịu lực. 8 2.5. Phương án kết cấu của thân máy . 9 2.5.1. Kiểu thân xylanh – hộp trục khuỷu . 9 2.5.2. Kiểu thân rời . 9 2.6. Phương án chọn lót xylanh của thân máy . 10 2.6.1. Lót xylanh khô . 10 2.6.2. Lót xylanh ướt . 10 3. THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY . 11 3.1. . Tính toá n sơ bô ̣cá c kích troṇ g yếu củ a nắ p và thân má y: 11 3.2. Triǹ h bày bản ve ̃ bố trí chung củ a nắ p má y và thân má y. 11 4. THIẾT KẾ KĨ THUẬT THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY . 13 4.1. Bài toán sức bền nắp máy . 13 4.1.1. Xác định các yếu tố sinh ra ứng suất trong nắp xylanh 13 4.1.2. Giả thuyết được đưa ra 13 4.1.3. Tính các momen uốn sinh ra trong nắp xylanh. 14 4.1.4. Tính các ứng suất sinh ra trong nắp xylanh 14 4.2. Tính toá n cá c yếu tố sứ c bền liên quan đến thân má y. 15 1
2. 1. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA THÂN MÁY NẮP MÁY 1.1. Điều kiện làm việc . Chiụ tác duṇ g của lưc̣ khí thể Chiụ nhiêṭ đô ̣cao trong quá trình làm viêc̣ Chiụ rung đôṇ g có chu kỳ trong quá trình làm viêc̣ Chìu mài mòn (đối với loaị thân máy có xy lanh đúc liền) Phải đảm bảo bố trí đươc̣ cái hê ̣thống: hê ̣thống phát lưc̣ , hê ̣thống làm mát, hê ̣ thống bôi trơn và hê ̣thống phối khí 1.2. Các yêu cầu cần có . Kết cấu đơn giản, dê ̃ chế taọ và bảo trì sử a chữa. Đảm bảo bao kín buồng cháy và xy lanh, không gây mất áp dâñ đến hao tổn công suất Đô ̣dày thân máy cũng như nắp máy phải đủ để hoaṭ đôṇ g với tỉ số nén đa ̃ cho Phải đảm bảo bố trí đươc̣ các hê ̣thống khác (hê ̣thống làm mát, hê ̣thống phát lưc̣ , hê ̣thống phối khí, ). Đồng thời cũng phải đảm bảo cho các hê ̣ thống nêu trên làm viêc̣ hiêụ quả và ổn điṇ h 1.3. Yêu cầu chung. Tuổi tho ̣cao Dê ̃ dàng tháo lắp và sử a chữa Đô ̣tin câỵ cao 2. TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN . 2.1. Sơ đồ tổng quát. BẰNG THÉP BẰNG VẬT LIỆU MỀM GIOĂNG BAO KÍN BẰNG ĐỒNG , NHÔM BẰNG LÁ THÉP BUỒNG CHÁY BÁN CẦU KẾT CẤU BUỒNG BUỒNG CHÁY HÌNH CHÊM CHÁY ĐỘNG CƠ BUỒNG CHÁY KIỂU Ô VAN CHẠY XĂNG BUỒNG CHÁY KIỂU RICARDO 3
3. 2.2. Các phương án chọn nắp máy . 2.2.1. Phương án buồng cháy bán cầu . Hình 2.1 Buồng cháy bán cầu  Ưu điểm Kết cấu đơn giản,diện tích buồng đốt nhỏ gọn Bố trí supap hợp lí thuận lợi cho nạp và thải khí.  Nhược điểm : Nếu đỉnh piston làm lồi để tăng tỉ số nén và tạo xoáy lốc thì trong buồng đốt sẽ cháy dữ dội gây ra khó làm mát đỉnh piston . 2.2.2. Phương án buồng cháy hình chêm. Hình 2.2 Buồng cháy hình chêm  Ưu điểm : Sử dụng phổ biến trong nhiều loại động cơ (V, nhiều hàng xylanh, bố trí theo nhiều kiểu(trong nắp máy hoặc trong xylanh). Gọn, cường độ xoáy lốc thích hợp cách bố trí tốt nên đường nạp được sấy nóng(hỗn hợp khi vào xylanh cháy tốt hơn.  Nhược điểm : Độ cứng vững thấp . 2.2.3. Phương án buồng cháy kiểu oval. 5
4. Yêu cầu bề mặt lắp ghép nhẵn. Phụ thuộc vào độ bền của nắp máy và thân máy. 2.3.2. Phương án chọn giăng bằng thép . Hình 2.5 Gioăng bằng thép  Ưu điểm : có sức bền và độ cứng vững lớn.  Nhược điểm : Sử dụng không linh hoạt vì cần thêm đệm cao su để bao kín ở những lỗ dầu, lỗ dẫn nước làm mát. Lực siết gujong lớn. 2.3.3. Phương án gioăng bằng bằng lá thép. Hình 2.6 Gioăng bằng lá thép  Ưu điểm : Khả năng bao kín tốt do có các rãnh dập trên gioăng. Có tính đàn hồi tốt và chịu nhiệt do được phủ một lớp nhựa chịu nhiệt  Nhược điểm : Việc gia công khá phức tạp. 2.3.4. Phương án gioăng bằng vật liệu mềm.  Ưu điểm : Tiếp xúc tốt với bề mặt không phẳng Bao kín tốt.  Nhược điểm : Độ bền thấp 2.4. Các phương án chọn thân máy .  Phương án kiểu chịu lực của thân máy . 7
5. Hình 2.9 Sơ đồ gujong chịu lực  Ưu điểm: Chịu lực tốt Thân xylanh không chịu lực  Nhược điểm : Đòi hỏi vật liệu chế tạo gujong có độ bền cao và chịu lực tốt. 2.5. Phương án kết cấu của thân máy . 2.5.1. Kiểu thân xylanh – hộp trục khuỷu . Hình 2.10 Kiểu thân xylanh- hộp trục khuỷu  Ưu điểm: Được sử dụng phổ biến Có độ cứng vững tương đối lớn. Chiều dài thân máy ngắn gọn Được gia cố bằng các bản, các gân rất chắc. Độ biến dạng của xylanh, ổ trục đều rất nhỏ. Giảm bớt được mặt lắp ghép khiến cho gia công đơn giản. Có thể làm mỏng nên nhẹ và đỡ tốn kim loại. Đảm bào được độ khít giữa thân xylanh và khoang làm mát  Nhược điểm : Chế tạo rất khó , nhất là đối với các loại động cơ có đường kính xylanh lớn. Gặp khó khăn trong quá trình tháo lắp và sửa chữa. 2.5.2. Kiểu thân rời . 9
6.  Ưu điểm: Do trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên được làm mát tốt, không xảy ra hiện tượng quá nóng. Khiến cho công nghệ đúc thân máy trở nên dễ dàng hơn, đồng thời có thể dùng vật liệu xấu hơn làm vật liệu lót. Gia công tương đối đơn giản. Sửa chữa thay thế cũng dễ dàng. Rất dễ chế tạo Tránh hiện tượng lọt khí và rò rỉ nước Tránh hiện tượng biến dạng của ống lót khi chịu nhiệt độ cao và hiện tượng bó piston  Nhược điểm: Khó bao kín, dễ bị rò chảy nước xuống cacte làm hỏng dầu nhờn. Độ cứng vững của lót xylanh ướt kém hơn lót xylanh khô. 3. THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY . 3.1. Tính toá n sơ bô ̣cá c kích troṇ g yếu củ a nắ p và thân má y: Ta choṇ loaị đôṇ g cơ với thân máy kiểu thân xy-lanh hôp̣ truc̣ khuỷu, nắp máy với buồng cháy hình chêm, lót xy lanh ướt . a) Đường kính mỗi xy lanh và chiều dài xy-lanh: Từ công suất mà khách hàng yêu cầu, ta xác điṇ h đươc̣ dung tích xy lanh, từ đó xác điṇ h đường kính và hành trình theo công thứ c: b) Khoảng cách giữa hai xy lanh : khoảng cách giữa hai xy lanh phải đảm bảo vừ a đủ để bố trí áo nướ c, đồng thời không đươc̣ làm quá lớn, ảnh hưở ng đến chiều dài truc̣ khuỷu (truc̣ khuỷu nếu quá dài se ̃ ảnh hưởng đến đô ̣bền làm viêc̣ ). c) Chiều cao, chiều dài và rôṇ g của thân máy và nắp máy: cuṃ chi tiết cố điṇ h là nơi bố trí các hê ̣thống còn laị của đôṇ g cơ, vâỵ nên phải đảm bảo sao cho chúng có kích thước tối ưu, vừ a đảm bảo bố trí đươc̣ các hê ̣thống (cả bên trong lâñ bên ngoài), vừ a đảm bảo kích thước nhỏ goṇ để bố trí lên phương tiêṇ . 3.2. Triǹ h bày bản ve ̃ bố trí chung củ a nắ p má y và thân má y. Bản ve ̃ bố trí chung thể hiêṇ các kích thước bao và kích thướ c troṇ g yếu, bao gồm: Dài x Rôṇ g x Cao của thân và nắp máy; bố trí áo nước xung quanh các xylanh và buồng cháy ; bố trí hê ̣thống phối khí trên nắp máy. Hình 3.1 Bản vẽ sơ bộ thân máy 11
7. 4. THIẾT KẾ KĨ THUẬT THÂN MÁY VÀ NẮP MÁY . 4.1. Bài toán sức bền nắp máy . 4.1.1. Xác định các yếu tố sinh ra ứng suất trong nắp xylanh Lực khí thể Pz Lực siết gujong Pbd Phản lực sinh ra tại miệng nắp Trạng thái nhiệt không đồng đều của nắp xylanh sinh ra. 4.1.2. Giả thuyết được đưa ra Vì các xylanh có hình dạng và kích thước như nhau nên ta chỉ chọn một phần nắp máy ứng với một xylanh để tính toán. Hình 4.1 Sơ đồ tính toán nắp xylanh . Tiết diện tính toán được chọn là x-x , đi qua đường tâm xupap. 13
8. Hình 4.2 Mặt cắt tiết diện của nắp máy . - l1 l2 - khoảng cách xa nhất của lớp kim loại trên mặt nguội và mặt nóng đối với trục i-i ( Hình 4.2)  Trị số ứng suất cho phép đối với các loại nằm trong phạm vi sau . 2 Đối với nắp xylanh bằng gang  k 50MN / m 2 Đối với nắp xyalnh bằng thép  k 80MN / m 2 Đối với nắp xylanh bằng hợp kim nhôm  k 35MN / m Ứng suất nhiệt của mặt nóng xác định theo công thức sau : E t t nl 2  t MN/ m 2(1  ) , Trong đó : ttnl nhiệt độ chênh lệch của phía tiếp xúc với khí cháy và phía tiếp xúc với nước làm mát của mặt nóng . Ứng suất tổng : 2  kt2  , MN/ m  Trị số ứng suất tổng nằm trong phạm vi sau : 2 Đối với nắp xyalanh bằng gang :   150MN / m 2 Đối với nắp xylanh bằng thép :   250MN / m 2 Đối với nắp xylanh bằng hợp kim nhôm :   135MN / m 4.2. Tính toá n cá c yếu tố sứ c bền liên quan đến thân má y. 4.2.1. Xác định chiều dày của xylanh và lót xy lanh. Giả thiết đặt ra: Khi làm việc lót xylanh không được xoay nhưng có thể giản nở tự do theo chiều dọc trục . Đường tâm lót xylanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu Khi siết bulong hoặc gujong thì lót xylanh không bị biến dạng Đồng nhất vật liệu Áp suất khí thể phân bố đều Điều kiện biên: Mặt ngoài liên kết khối xylanh , một đầu tiếp xúc với nắp xylanh, đầu còn lại để tự do. 15
9. Thông số đầu ra : Độ bền vai lót chủ yếu do lực kéo , lực cắt , lực uốn khi dời lực Pg Tính toán: PH 2 Ứng suất kéo: kk []/ MN m Da. PT 2 Ứng suất cắt: cc []/ MN m Da. M u 2 Ứng suất uốn: uu []/ MN m Wu Pg 2 Ứng suất nén: nn []/ MN m Da. Trong đó: P là lực D là đường kính tính toán a là chiều rộng hoặc chiều cao. Hình 4.4 Sơ đồ tính toán sức bền lót xylanh 4.2.3. Tính sức bền của mặt bích lắp xylanh Chủ yếu tính toán ứng suất kéo đối với tiết diện ngang xylanh do chịu tác dụng của lực khí thể và momen uốn. 4.2.4. Tính sức bền của bulong lắp ghép xylanh hoặc thân máy với hộp trục khuỷu Các bulong này chịu lực khí thể nên cần tính toán ứng suất kéo của bulong, để đảm bảo khi siết bulong phải chặt để không bị hở Ứng suất kéo cho phép của bulong hải thỏa mãn điều kiện bền: k(pz F G ) 2 kk [ ] MN / m i.f Trong đó : k – hệ số siết chặt bulong G – trọng lượng của thân máy và nắp xylanh i – số bulong hoặc gujong 17
10. TÀ I LIÊỤ THAM KHẢ O 1. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, kết cấu và tính toán động cơ đốt trong (tập 2), Nhà xuất bản giáo dục, 1996 19