Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 8: Nhóm thanh truyền

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Chương 8: Nhóm thanh truyền

1. CHƯƠNG 8. NHÓM THANH TRUYỀN 8.1. NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, VẬT LIỆU CHẾ TẠO THANH TRUYỀN 8.2. KẾT CẤU THANH TRUYỀN 8.3. BẠC LÓT VÀ BU LÔNG THANH TRUYỀN 8.4. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN THANH TRUYỀN
2. 8.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo TT Nhiệm vụ: - Nối PT với TK để biến chuyển động tịnh tiến của PT thành chuyển động quay của TK - Nhận lực khí thể từ PT truyền cho TK và nhận lực từ TK truyền cho PT trong các kỳ tiêu thụ công. Phân loại: (Đối với động cơ nhiều dãy XL) - TT đồng dạng - TT chính – phụ - TT hình nạng – trung tâm Yêu cầu: - Khối lượng nhỏ - Đảm bảo độ bền, độ cứng vững
3. Điều kiện làm việc: khi làm việc TT chịu tác dụng: - Lực khí thể trong xi lanh - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến (đặc biệt với ĐC cao tốc, lực quán tính lớn và có tính va đập mạnh) - Lực quán tính của thanh truyền. - Lực nhận từ TK (của BĐ hoặc XL khác) - Lực chấn động, va đập - Trọng lực - Ứng suất dư - Ăn mòn hóa học do dầu bôi trơn, khí cacte Vật liệu chế tạo: Thép các-bon (động cơ thấp tốc) và thép hợp kim (ĐC trung tốc và cao tốc)
4. 8.2. Kết cấu thanh truyền, bạc lót Chú thích: 1 - Đầu nhỏ 2 - Đầu to 3 - Nắp đầu to 4 - Bu lông TT 5 - Thân TT Hình 8.1. Thanh truyền
5. Hình 8.2. Thanh truyền ĐC B6
6. Hình 8.3. Các bộ phận thanh truyền ĐC B6
7. 8.2.1. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền Hình 8.2. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền
8. Hình 8.3. Một số dạng kết cấu đầu nhỏ thanh truyền
9. Hình 8.4. Bố trí lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ thanh truyền
10. Hình 8.5. Đầu nhỏ TT dùng ổ bi đũa
11. Hình 8.6. Đầu nhỏ thanh truyền khi lắp cố định với chốt PT
12. Hình 8.7. Đầu nhỏ dạng trụ cắt xiên Hình 8.8. Đầu nhỏ dạng hình cầu
13. 8.2.2. Kết cấu thân thanh truyền Hình 8.9. Tiết diện ngang thân thanh truyền
14. Hình 8.10. Tiết diện ngang thân thanh truyền chữ I
15. Hình 8.11. Tiết diện ngang thân thanh truyền hình tròn
16. Hình 8.12. Tiết diện ngang thân thanh truyền hình ô van
17. Hình 8.13. Tiết diện ngang thân thanh truyền hình chữ H
18. Hình 8.14. Thân thanh truyền khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn (ĐC PC2-6B)
19. Hình 8.15. TT bị gãy và PT bị vỡ
20. 8.2.3. Kết cấu đầu to thanh truyền Yêu cầu: - Đảm bảo độ bền, độ cứng vững - Kích thước, khối lượng nhỏ - Giảm ứng suất tập trung - Dễ tháp lắp Kết cấu: Thường chia thành 2 nửa (bạc cũng chia thành 2 nửa), liên kết bằng bu lông hoặc gu jông và có chốt định vị, nửa trên có thể làm liền hoặc rời với phần thân TT.
21. Hình 8.16. Đầu to thanh truyền ĐC ô tô máy kéo và ĐC tĩnh tại
22. Hình 8.17. Thanh truyền động cơ mô tô
23. Hình 8.18. Đầu to TT Hình 8.19. Đầu to TT động cơ cắt vát góc 450 và 0o tĩnh tại và tầu thuỷ
24. Hình 8.20. Đầu to TT cắt vát góc 10o Wartsila 20
25. Hình 8.21. TT động cơ 61B4 Hình 8.22. TT động cơ 8NVD
26. Hình 8.23. TT động cơ 40D
27. Hình 8.24. TT động cơ B6 (dùng chốt côn)
28. Hình 8.25. TT động cơ 4S47 Sulzer và 840-D MAN B&W (dùng guốc trượt)
29. Hình 8.26. TT động cơ RTA 96C Sulzer (dùng guốc trượt)
30. Hình 8.27. TT động cơ RTA 84C Sulzer (dùng guốc trượt)
31. Hình 8.28. TT động cơ UEC-H (dùng guốc trượt)
32. Hình 8.29. TT rời của động cơ L58/64 và L32/40
33. Hình 8.30. TT rời của động cơ M32
34. 8.2.4. Kết cấu TT ĐC nhiều hàng XL 8.2.4.1. Thanh truyền đồng dạng (nối tiếp) Hình 8.31. Kết cấu TT đồng dạng
35. Ưu điểm: - Quy luật động học, động lực học các dãy giống nhau - Kết cấu đơn giản - Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT đơn giản Nhược điểm: - TK dài, giảm độ cứng vững, khối lượng tăng, ĐC dài - Gây mô men uốn phụ
36. Hình 8.32. Mặt cắt ngang ĐC Allen 5000 (sử dụng TT đồng dạng)
37. Hình 8.33. Mặt cắt ngang ĐC MAN B&W Alpha V28/32A (sử dụng TT đồng dạng)
38. 8.2.4.2. Thanh truyền chính – phụ Hình 8.34. Kết cấu TT chính – phụ (động cơ B2) 1-TT chính 2-TT phụ 3-Chốt
39. Ưu điểm: - TK ngắn, tăng cường độ cứng vững, khối lượng giảm, ĐC ngắn - Không gây mô men uốn phụ Nhược điểm: - Quy luật động học, động lực học các dãy khác nhau - Kết cấu phức tạp - Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT phức tạp - TT chính chịu thêm mô men uốn phụ do TT phụ gây ra
40. Hình 8.35. Kết cấu TT chính – phụ (động cơ Renault)
41. Hình 8.36. Kết cấu TT chính – phụ (TT chính có 1 vấu lồi) 1-TT chính 2-TT phụ 3-Chốt
42. 8.2.4.3. Thanh truyền hình nạng – trung tâm Hình 8.37. Kết cấu thanh truyền hình nạng – trung tâm
43. Ưu điểm: - Quy luật động học, động lực học các dãy khác nhau - Không gây mô men uốn phụ - TK tương đối ngắn, tăng cường độ cứng vững, khối lượng giảm, ĐC ngắn Nhược điểm: - Kết cấu và chế tạo phức tạp - Bố trí đường dầu bôi trơn chốt PT phức tạp - Bạc lót có kết cấu phức tạp
44. 8.2.4.4. Thanh truyền động cơ hình sao Hình 8.38. Kết cấu TT động cơ hình sao (M503)
45. Hình 8.39. Mặt cắt ngang ĐC hình sao M503.
46. Hình 8.40. Kết cấu TT động cơ hình sao (đầu to liền khối)
47. 8.3. Bạc lót và bu lông thanh truyền 8.3.1. Bạc lót thanh truyền 8.3.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo bạc lót: - Chịu mòn tốt - Độ cứng và độ dẻo thích hợp - Nhanh chóng rà khít với bề mặt trục - Cơ tính giảm ít khi nhiệt độ tăng - Truyền nhiệt tốt - Hệ số giãn nở nhỏ - Giữ được dầu bôi trơn - Dễ đúc dễ bám vào vỏ thép
48. 8.3.1.2. Các nhóm vật liệu chính: - Nhóm kim loại: ba bít, đồng – thiếc, đồng – chì, HK nhôm, Hk kẽm, HK gang - Nhóm phi kim: chất dẻo, gỗ ép, cao su - Nhóm kim loại gốm: sắt – graphit, đồng – graphit * Ba bít Ưu điểm - Chịu mòn tốt, có độ cứng, độ dẻo thích hợp - Rà khít nhanh chóng - Dễ đúc và bám chắc trên nền thép Nhược điểm - Giá thành đắt - Áp suất cho phép bề mặt thấp - Độ cứng giảm nhiều ở nhiệt độ cao, độ bền mỏi kém
49. * Đồng chì Ưu điểm - Độ bền cơ học cao - Chịu được nhiệt độ cao - Độ cứng cao và giảm ít khi nhiệt độ tăng - Chịu được áp suất bề mặt lớn - Dẫn nhiệt tốt Nhược điểm - Tính đúc kém - Độ chính xác chế tạo phải cao - Bề mặt cổ trục, cổ khuỷu phải có độ cứng cao - Chất lượng dầu nhờn phải tốt
50. 8.3.1.3. Kết cấu bạc lót - Bạc lót đầu to TT có thể là bạc lót dày hoặc bạc lót mỏng có tráng lớp hợp kim chống mòn. Đầu to TT thường chia thành 2 nửa nên bạc lót cũng được chia thành 2 nửa (có thể lắp lẫn hoặc không). - Bạc lót TT gồm gộp bạc bằng thép ở phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn (mặt ma sát) tráng lên mặt trong của bạc. - Gộp bạc thường chế tạo bằng thép có hàm lượng cacbon thấp, bề mặt đúc tráng thường chỉ chế tạo thô hoặc mạ một lớp thiếc - Định vị bạc lót trên đầu to bằng lưỡi gà, chốt định vị, hoặc bu lông TT * Bạc lót mỏng được sử dụng phổ biến vì những ưu điểm + Có điều kiện để sản xuất hàng loạt (theo cốt), có thể lắp lẫn, dễ thay thế + Tốn ít thời gian và vật liệu chịu mòn khi cạo rà nên giảm giá thành sửa chữa + Độ cứng vững của bạc yếu nên tiếp xúc đều với đầu to TT + Giảm kích thước, khối lượng đầu to, tăng được đường kính cổ khuỷu
51. Hình 8.41. Bạc lót đầu to TT
52. 8.3.2. Bu lông thanh truyền 8.3.2.1. Điều kiện làm việc - Chịu lực siết ban đầu - Lực tác dụng trong quá trình làm việc của ĐC (thay đổi chu kỳ) - Chịu lực cắt khi đầu to được cắt xiên Vật liệu: chủ yếu là thép HK Yêu cầu: - Độ bền, cứng vững, độ bền mỏi cao - Tránh lực cắt - Chống tự tháo - Tránh các lực và mô men phụ
53. Hình 8.42. Bu lông TT
54. Hình 8.43. Kết cấu bu lông TT có đai ốc chịu kéo
55. 8.4. Tính toán độ bền thanh truyền 8.4.1. Phương pháp cổ điển - Tính toán cho từng phần riêng biệt - Phân loại đầu nhỏ theo kiểu dày, mỏng - Coi đầu nhỏ là một dầm cong, ngàm một đầu tại chỗ chuyển tiếp - Thân TT được chia thành 2 loại: thấp – trung tốc, cao tốc - Tính thân TT tại 2 tiết diện: nhỏ nhất, trung bình - Tính toán đầu to ở ĐCT
56. a) b) Hình 8.44. Sơ đồ tính toán đầu nhỏ TT a. Đầu nhỏ TT dày b. đầu nhỏ TT mỏng chịu kéo
57. Hình 8.45. Ứng suất trên mặt trong Hình 8.46. Ứng suất mặt ngoài và ngoài đầu nhỏ TT ứng với góc γ
58. Hình 8.47. Sơ đồ tính toán khi đầu nhỏ chịu nén
59. Hình 8.48. Ứng suất trên mặt trong và ngoài đầu nhỏ TT chịu nén
60. Hình 8.49. Sơ đồ tính toán thân TT ĐC thấp tốc
61. Hình 8.50. Phân bố lực quán tính thân TT
62. Hình 8.51. Sơ đồ tính toán đầu to TT
63. 8.4.2. Phương pháp PTHH Hình 8.52. Mô hình HH và PTHH TT ĐC B6
64. Hình 8.53. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6 chịu nén
65. Hình 8.54. Trạng thái biến dạng TT ĐC B6 chịu nén
66. Hình 8.55. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6 chịu kéo
67. Hình 8.56. Mô hình tải trọng tính toán TT ĐC B6 (có lực quán tính TT)
68. Hình 8.57. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6
69. Hình 8.58. Trạng thái ứng suất TT ĐC B6
70. Hình 8.59. Mô hình tính toán đầu to TT ĐC PC2-6B
71. Hình 8.60. Mô hình tính toán TT ĐC Wartsila 38