xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế cơ cấu truyền lực của động cơ đốt trong thông dụng

1

Lôøi Noùi Ña

à

u

Chuùng ta ñang ñöùng tröôùc moät theá kæ cuûa coâng ngheä thoâng tin, moät lónh vöïc maø

ngaøy nay ñang phaùt trieån raát maïnh meõ. Noù ñaõ laøm thay ñoåi moïi maët cuûa ñôøi soáng xaõ hoäi,

giuùp cho con ngöôøi giaûi quyeát coâng vieäc nhanh hôn, chính xaùc hôn...Coâng ngheä thoâng tin

ñöôïc öùng duïng saâu roäng vaøo moïi lónh vöïc khoa hoïc vaø ñôøi soáng nhö : y teá, noâng nhgieäp,

kinh teá, thieân vaên, ñòa lí...ñaëc bieät laø giaùo duïc – noù ñem laïi caùch nhìn môùi, caùch ñaùnh giaù

môùi trong vieäc tieáp caän vaø giaûi quyeát moät vaán ñeà.

Tröôùc tình hình ñoù, sau moät thôøi gian tìm hieåu em ñaõ maïnh daïn nhaän vaø thöïc hieân

luaän vaên toát nghieäp “Xaây döïng phaàn meàm hoã trôï thieát keá cô caáu truyeàn löïc cuûa ñoäng

cô ñoát trong thoâng duïng.”

Noäi dung cuûa luaän vaên toát nghieäp goàm 4 chöông :

Chöông 1 :Toång quan veà cô caáu truyeàn löïc cuûa ÑCÑT thoâng duïng.

Chöông 2: Thieát keá cô caáu truyeàn löïc

Chöông 3: Xaây döïng phaàn meàm hoã trôï thieát keá heä cô caáu truyeàn löïc cuûa ñoäng cô ñoát

trong thoâng duïng.

Maëc duø ñaõ raát coá gaéng nghieân cöùu taøi lieäu ñeå cuûng coá vaø naâng cao kieán thöùc veà

Ñoäng Cô Ñoát Trong vaø coâng ngheä thoâng tin, song do nhieàu kieán thöùc caàn thieát phaûi boå

sung trong thôøi gian thöïc hieän luaän vaên coù haïn, kieán thöùc vaø kyõ naêng trong lónh vöïc coâng

ngheä thoâng tin coøn haïn cheá,... neân chaéc chaén baùo caùo naøy seõ coøn raát nhieàu thieáu soùt. Raát

mong ñöôïc quí Thaày, Coâ ñoùng goùp yù kieán ñeå luaän vaên ñöôïc hoaøn chænh hôn.

Nhaân dòp naøy cho pheùp em ñöôïc baøy toû lôøi caûm ôn chaân thaønh ñoái vôùi Thaày PGS.

TS - Nguyeãn Vaên Nhaän vaø Boä moân cô khí ñoäng löïc ñaõ taän tình höôùng daãn vaø taïo ñieàu

kieän thuaän lôïi ñeå em hoaøn thaønh luaän vaên naøy.

Nha Trang, thaùng 11 naêm 2005 .

Sinh vieân : Nguyeãn Tieán phöông

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2

CHÖÔNG 1

TO

Å

NG QUAN VE

À

CÔ CAÁU TRUYE

À

N LÖÏC CUÛA ÑCÑT THOÂNG DUÏNG

Cô caáu truyeàn löïc laø cô caáu chính trong ñoäng cô ñoát trong vaø bao goàm caùc chi tieát

chuû yeáu nhö piston, thanh truyeàn, truïc khuyûu. Nhieäm vuï chính cuûa cô caáu truyeàn löïc laø

bieán chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa piston thaønh chuyeån ñoäng quay cuûa truïc khuyûu.

Hình 1-1

1.1 NHOÙM PISTON

Nhoùm piston goàm nhöõng chi tieát maùy chính sau : piston (lieàn vaø gheùp), buoàng laøm

maùt cho ñaàu piston, caùc voøng gaêng, choát piston, caùc haõm choát piston.

1- Xec maêng.

2- Raõnh xecmaêng

3- Ñaàu piston.

4- Choát piston.

Hình 1-2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3

1.1.1. NHIEÄM VUÏ, ÑIEÀU KIEÄN LAØM VIEÄC, VAÄT LIEÄU CHEÁ TAÏO

a) Nhieäm vuï.

- Piston nhaän löïc khí theå töø ñænh truyeàn tôùi truïc khuyûu qua thanh truyeàn vaø ngöôïc

laïi.

- Piston cuøng vôùi xylanh, naép xylanh taïo thaønh khoâng gian coâng taùc cuûa ñoäng cô.

- ÔÛ ñoäng cô hai kyø, piston coù nhieäm vuï ñoùng môû cöûa naïp vaø thaûi cuûa cô caáu phaân

phoái khí.

- Choát piston laø tieát maùy coù nhieäm vuï truyeàn chuyeån ñoäng töø piston qua thanh

truyeàn vaø ngöôïc laïi.

- Baïc aùc piston coù nhieäm vuï giaûm hao moøn cho choát piston vaø oå ñôõ thanh truyeàn,

giaûm va ñaäp.

- Voøng gaêng coù nhieäm vuï laøm kín, boâi trôn khoâng cho khí chaùy xuoáng cacte vaø

khoâng cho daàu boâi trôn leân buoàng ñoát, laøm cho piston chuyeån ñoäng deã daøng. Ngoaøi ra noù

laø phaàn trung gian truyeàn nhieät töø pítoâng qua xylanh ra aùo nöôùc laøm maùt.

b) Ñieàu kieän laøm vieäc

* Piston laøm vieäc trong ñieàu kieän raát khaéc nghieät :

- Taûi troïng cô hoïc lôùn vaø coù chu kyø : AÙp suaát khí theå lôùn, coù theå ñeán 120 kg/cm

2

hoaëc hôn nöõa. Löïc quaùn tính lôùn, ñaëc bieät laø ôû ñoäng cô cao toác.

- Taûi troïng nhieät cao : Chòu öùng suaát nhieät khoâng ñeàu giöõa caùc phaàn. Nhieät ñoä cuûa

piston coù theå ñeán 500 – 800 (0 K). Chòu ma saùt giöõa piston vôùi xylanh. Vaø aên moøn hoaù hoïc

do thöôøng xuyeân tieáp xuùc vôùi saûn vaät chaùy.

* Voøng gaêng chòu nhieät ñoä vaø aùp suaát cao, chòu ma saùt raát lôùn vaø löïc höôùng kính

lôùn.

* Choát piston chòu löïc va ñaäp tuaàn hoaøn nhieät ñoâï cao vaø ñieàu kieän boâi trôn khoù

khaên.

c) Vaät lieäu cheá taïo

Vaät lieäu vaø caáu taïo cuûa nhoùm piston yeâu caàu phaûi chòu ñöôïc nhieät ñoä cao, taûi troïng

cô lôùn, ít bò maøi moøn

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

4

* Vaät lieäu thöôøng duøng:

- Vôùi piston : ngöôøi ta thöôøng duøng gang hôïp kim (ñoäng cô chaïy chaäm), gang hôïp

kim croâm, molipden, gang caàu coù giôùi haïn beàn 50/60 Kg/ mm

2

; hôïp kim nhoâm ñuùc vaø hôïp

kim nhoâm bieán daïng (thöôøng duøng cho ñoäng cô cao toác, taêng aùp). Ñeå ngaên ngöøa raïn nöùt do

nhieät ngöôøi ta thöôøng anoát hoaù ñænh piston, nghóa laø bieán beà maët cuûa ñænh piston baèng

nhoâm thaønh moät lôùp quaù oxit nhoâm daøy khoaûng (0.01 – 0.02) mm hoaëc phuû leân ñoù moät lôùp

goám chòu nhieät daøy (0.1 – 0.2) mm baèng phöông phaùp nhieät hoaù (lôùp goám naøy coù theå haï

thaáp nhieät ñoä cuûa ñænh piston xuoáng 800C). Ñeå ruùt ngaén thôøi gian chaïy raø ngöôøi ta phuû leân

phaàn daãn höôùng cuûa piston moät lôùp kim loaïi deã chaûy (thieác, chieàu daøy lôùp maï khoaûng

5 – 10 micromet öùng vôùi caùc Piston coù D < 150 mm). Ñoâi khi ngöôøi ta coøn söû duïng theùp

chòu nhieät ñeå cheá taïo piston (hoaëc phoâi piston) cuûa caùc ñoäng cô cao toác.

- Voøng gaêng : voøng gaêng chòu nhieät vaø ma saùt lôùn, vaät lieäu cheá taïo thöôøng laøm

baêng gang xaùm pha hôïp kim. Vì xecmaêng ñaàu tieân chòu ñieàu kieän laøm vieäc khaéc nghieät

nhaát neân moät soá ñoäng cô xecmaêng khí ñaàu tieân ñöôïc maï moät lôùp croâm xoáp coù chieàu daøy

khoaûng 0,03-0,06 mm.

- Choát piston : chòu va ñaäp vì vaäy phaûi laøm töø nhöõng vaät lieäu coù cô tính cao nhö

theùp toát, theùp hôïp kim nhö croâm, maêng gan vôùi thaønh phaàn cacbon thaáp. Vaø phaûi taêng söùc

beàn beà maët laøm vieäc baèng caùch thaám than, xianua hoaù, hoaïc toâi cao taàn vaø ñöôïc maøi boùng.

- Baïc aéc piston : thöôøng laøm baèng hôïp kim ñoàng.

1.1.2. CAÁU TAÏO VAØ PHAÏM VI SÖÛ DUÏNG.

a) Piston.

Tuyø loaïi ñoäng cô maø piston coù hình daùng, keát caáu, tæ leä kích thöôùc caùc phaàn raát

khaùc nhau. Ví du ï: piston cuûa oâ toâ toác ñoä cao thöôøng ngaén, phaàn daãn höôùng khoâng ñaët

voøng gaêng, laïi ñöôïc vaùt bôùt caùc vuøng ôû hai beân cuûa phaàn daãn höôùng, soá löôïng voøng gaêng ít

(thöôøng 2 voøng gaêng hôi), ngöôïc laïi piston cuûa maùy taøu thuûy (thöôøng coù toác ñoä chaäm) laïi

daøi hôn, soá löôïng voøng gaêng nhieàu hôn (3, 4 hôi, 2 daàu) ñöôïc ñaët caû hai phía ( gaàn ñænh

piston vaø phía döôùi choát piston). Duø khaùc nhau nhieàu nhöng chuùng goàm nhöõng phaàn sau :

ñænh piston, ñaàu piston, phaàn daãn höôùng, caùc raõnh ñaët voøng gaêng, caùc voøng gaêng, oå ñaët

choát piston, ngoaøi ra coøn coù buoàng chöùa chaát laøm maùt, keát caáu cuûa piston traùnh quaù taûi aùp

suaát khí chaùy.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

5

- Phaàn ñænh piston : coù hình daùng phuï thuoäc vaøo kieåu loaïi ñoäng cô, caùch thöùc trao

ñoåi khí vaø toå chöùc quaù trình chaùy. Döôùi ñaây trình baøy moät soá hình daùng ñieån hình :

Hình1-3

* Ñænh baèng (hình 1-3a), dieän tích chòu nhieät nhoû, keát caáu ñôn giaûn. Keát caáu naøy

thöôøng söû duïng trong ñoäng cô diesel buoàng chaùy döï bò vaø buoàng chaùy xoaùy loác.

* Ñænh loài (hình 1-3b), coù söùc beàn lôùn. Ñænh moûng, nheï nhöng dieän tích chòu nhieät

lôùn. Loaïi ñænh naøy thöôøng ñöôïc duøng cho ñoäng cô xaêng 4 kyø vaø hai kyø xupap treo, buoàng

chaùy choûm caàu.

* Ñænh loõm (hình 1-3d), coù theå taïo xoaùy loác nheï, taïo thuaän lôïi cho quaù trình taïo khí

hoãn hôïp vaø chaùy.Tuy nhieân söùc beàn keùm vaø dieän tích chòu nhieät lôùn hôn so vôùi ñænh baèng :

loaïi ñænh naøy ñöôïc söû duïng cho caû ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô diesel.

* Ñænh chöùa buoàng chaùy : thöôøng gaëp trong ñoäng cô diesel, keát caáu buoàng chaùy

phaûi thoaû maõn caùc yeâu caàu sau ñaây tuyø thuoäc vaøo töøng tröôøng hôïp cuï theå :

+ Phaûi phuø hôïp vôùi hình daïng buoàng chaùy vaø höôùng cuûa chuøm tia phun nhieân lieäu

ñeå toå chöùc taïo thaønh hoãn hôïp toát nhaát (hình 1-3e).

+ Phaûi taän duïng ñöôïc xoaùy loác cuûa khoâng khí trong quaù trình neùn, hình 1-4f : buoàng

chaùy denta; (hình 1-4g) : buoáng chaùy omega; (hình 1-4h) : buoàng chaùy MAN

- Ñaàu piston : laø phaàn chòu nhieät cao, chòu aùp suaát cao cuûa khí chaùy.

Phaàn ñaàu píttoâng thöôøng nhoû hôn ñöôøng kính thaân vì thaân laø phaàn daãn höôùng cuûa

piston. Keát caáu ñaàu piston phaûi baûo ñaûm nhöõng yeâu caàu sau :

*Bao kín toát cho buoàng chaùy nhaèm ngaên khí chaùy loït xuoáng cacte, daàu vaø daàu boâi

trôn töø cacte suïc leân buoàng chaùy. Thoâng thöôøng ngöôøi ta duøng xecmaêng ñeå bao kín. Coù

hai loaïi xecmaêng laø xecmaêng khí ñeå bao kín buoàng chaùy vaø xecmaêng daàu ñeå ngaên daàu suïc

leân buoàng chaùy. Soá xecmaêng tuyø thuoäc vaøo töøng loaïi ñoäng cô :

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6

Ñoäng cô xaêng : 3-4 xecmaêng khí, 1-2 xecmaêng daàu,

Ñoäng cô diesel cao toác : 3-6 xecmaêng khí, 1-3 xecmaêng daàu,

Ñoäng cô diesel toác ñoä thaáp : 5-7 xecmaêng khí, 1-4 xecmaêng daàu.

Xecmaêng ñöôïc laép loûng trong raõnh xecmaêng neân coù theå töï xoay trong raõnh ñeå

xylanh khoâng bò moøn cuïc boä.

* Taûn nhieät toát cho piston vì phaàn lôùn nhieät cuûa piston truyeàn qua xecmaêng cho

xylanh ñeán moâi chaát laøm maùt. Ñeå taûn nhieät toát thöôøng duøng caùc keát caáu ñaàu piston nhö

hình sau :

Hình 1-4

+ Phaàn chuyeån tieáp giöõa ñænh vaø ñaàu coù baùn kính R lôùn (hình 1-4a).

+ Duøng gaân taûn nhieät ôû döôùi ñænh piston (hình 1-4b).

+ Taïo raõnh ngaên nhieät ôû ñaàu piston (hình 1-4c) ñeå giaûm nhieät löôïng truyeàn cho

xecmaêng thöù nhaát .

+ Laøm maùt ñænh piston (hình 1-4d).

* Söùc beàn cao. Ñeå taêng söùc beàn vaø ñoä cöùng vöõng cho beä choát piston ngöôøi ta thieát

keá caùc gaân trôï löïc (hình 1-4e).

- Phaàn thaân.

* ÔÛ maùy coù toác ñoä cao, phaàn daãn höôùng ngaén, khoâng ñaët voøng gaêng, piston tì saùt

vaøo thaân xylanh ôû phöông chuyeån ñoäng laéc cuûa thanh truyeàn, ôû hai ñaàu choát piston ngöôøi

ta vaùt bôùt cho nheï. ÔÛ maùy chaïy chaäm, phaàn daãn höôùng daøi hôn. Taïi ñaây, phía trong boá trí

caùc oå ñôõ choát piston, phía ngoaøi coøn boá trí moät vaøi voøng gaêng daàu.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

7

Hình 1-5

Ñeå ruùt ngaén thôøi gian chaïy raø, phaàn daãn höôùng caùc piston baèng gang thöôøng ñöôïc

phuû moät lôùp thieác moûng hoaëc ñöôïc khaûm vaøo ñoù moät hoaëc hai caùi ñai baèng ñoàng thanh.

* Vò trí taâm choát ñöôïc boá trí sao cho piston vaø xylanh moøn ñeàu, ñoàng thôøi giaûm va

ñaäp vaø goõ khi piston ñoåi chieàu. Moät soá ñoäng cô coù taâm choát leäch vôùi taâm xylanh moät giaù

trò e veà phía naøo ñoù sao cho löïc ngang Nmax giaûm ñeå hai beân chòu löïc N cuûa piston vaø

xylanh moøn ñeàu.

* Ñeå choáng boù keït piston. Ngöôøi ta söû duïng nhöõng bieän phaùp sau :

+ Cheá taïo thaân pittoâng coù daïng oâ van, truïc ngaén truøng vôùi taâm choát (hình 1-6a)

+ Tieän vaùt hai maët ôû beä choát chæ ñeå laïi moät cung a = 90 ñeán 100 o

ñeå chòu löïc

maø khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán phaân boá löïc (hình 1-6b).

+ Xeû raõnh giaõn nôû treân thaân piston (hình 1-6c,d).

Hình 1-6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

8

a

b

c

d

e

+ Ñuùc hôïp kim coù ñoä giaõn nôû daøi nhoû (ví duï, hôïp kim inva coù heä soá nôû daøi baèng

1/10 cuûa hôïp kim nhoâm) vaøo beä choát piston (hình 1-6e).

- Chaân pittoâng.

Hình 1-7

Theo hình beân thì chaân coù vaønh ñai ñeå taêng ñoä cöùng vöõng. Maët truï a cuøng vôùi maët

ñaàu chaân pittoâng laø chuaån coâng ngheä khi gia coâng vaø laø nôi ñieàu chænh troïng löôïng cuûa

piston sao cho ñoàng ñeàu giöõa caùc xylanh. Ñoä sai leäch veà troïng löôïng ñoái vôùi ñoäng cô oâ toâ

maùy keùo khoâng vöôït quaù 0,2 – 0,6% coøn ôû ñoäng cô tónh taïi vaø taøu thuyû giôùi haïn naøy laø

1- 1,5%.

b) Choát piston:

* Choát piston coù hình truï roãng, ña soá ñöôïc laép “bôi” trong oå ñaët cuûa noù. Keøm vôùi

choát piston laø caùc voøng haõm.

* Caùc moái gheùp giöõa choát piston vaø piston, thanh truyeàn theo heä truïc ñeå ñaûm baûo

laép gheùp deã daøng. Trong thöïc teá coù ba kieåu laép gheùp sau :

Hình 1-9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com